BRPI0509701B1

BRPI0509701B1 - processamento espacial com matrizes de direcionamento para direcionar transmissão pseudo-aleatória em um sistema de comunicação multi-antena

Info

Publication number: BRPI0509701B1
Application number: BRPI0509701A
Authority: BR
Inventors: Rodney Walton Jay; S Wallace Mark; J Howard Steven
Original assignee: Qualcomm Inc
Priority date: 2004-04-09
Filing date: 2005-03-15
Publication date: 2018-11-06
Also published as: ES2536975T3; RU2006139645A; MXPA06011656A; JP2007533206A; AU2005236853A1; EP2256951A2; CN1973451B; AU2005236853C1; DK1733486T3; KR20060130267A; CA2562055A1; TW200618513A; EP2256951A3; US20050238111A1; CN1973451A; BRPI0509701A8; BRPI0509701A; TWI393374B; RU2351070C2; PT1733486E

Abstract

processamento espacial com matrizes de direcionamento para direcionar transmissão pseudo-aleatória em um sistema de comunicação mult i -antena. são descritas técnicas para gerar e utilizar matrizes de direcionamento para direcionamento de transmissão pseudo-aleatória (prts) . para a prts, uma entidade transmissora executa processamento espacial com matrizes de direcionamento de modo que uma transmissão de dados observe um conjunto de canais "efetivos" formado pelo canal real utilizado na transmissão de dados e pelas matrizes de direcionamento utilizadas na prts. as matrizes de direcionamento podem ser geradas selecionando-se uma matriz base, que pode ser uma matriz de walsh ou uma matriz de fourier. diferentes combinações de escalares são então selecionadas, com cada combinação incluindo pelo menos um escalar para pelo menos uma fileira da matriz base. cada escalar por ser um valor real ou complexo (como, por exemplo, +1, -1, +j ou -j, onde j = v 1). diferentes matrizes de direcionamento são geradas multiplicando-se a matriz base por cada uma das diferentes combinações de escalares. as matrizes de direcionamento são permutações diferentes da matriz base.

Description

(54) Título: PROCESSAMENTO ESPACIAL COM MATRIZES DE DIRECIONAMENTO PARA DIRECIONAR TRANSMISSÃO PSEUDO-ALEATÓRIA EM UM SISTEMA DE COMUNICAÇÃO MULTI-ANTENA (51) luta.: H04B 7/0417; H04B 7/06.

(52) CPC: H04B 7/0417; H04B 7/0615.

(30) Prioridade Unionista: 09/04/2004 US 10/821,390.

(73) Titular(es): QUALCOMM INCORPORATED.

(72) Inventorfes): MARK S. WALLACE; JAY RODNEY WALTON; STEVEN J. HOWARD.

(86) Pedido PCT: PCT US2005008738 de 15/03/2005 (87) Publicação PCT: WO 2005/104399 de 03/11/2005 (85) Data do Início da Fase Nacional: 06/10/2006 (57) Resumo: PROCESSAMENTO ESPACIAL COM MATRIZES DE DIRECIONAMENTO PARA DIRECIONAR TRANSMISSÃO PSEUDO-ALEATÓRIA EM UM SISTEMA DE COMUNICAÇÃO MULT I -ANTENA. São descritas técnicas para gerar e utilizar matrizes de direcionamento para direcionamento de transmissão pseudo-aleatória (PRTS) . Para a PRTS, uma entidade transmissora executa processamento espacial com matrizes de direcionamento de modo que uma transmissão de dados observe um conjunto de canais efetivos formado pelo canal real utilizado na transmissão de dados e pelas matrizes de direcionamento utilizadas na PRTS. As matrizes de direcionamento podem ser geradas selecionando-se uma matriz base, que pode ser uma matriz de Walsh ou uma matriz de Fourier. Diferentes combinações de escalares são então selecionadas, com cada combinação incluindo pelo menos um escalar para pelo menos uma fileira da matriz base. Cada escalar por ser um valor real ou complexo (como, por exemplo, +1, -1, +j ou -j, onde j = v 1). Diferentes matrizes de direcionamento são geradas multiplicando-se a matriz base por cada uma das diferentes combinações de escalares. As matrizes de direcionamento são permutações diferentes da matriz base.

PROCESSAMENTO ESPACIAL COM MATRIZES DE DIRECIONAMENTO PARA DIRECIONAR TRANSMISSÃO PSEUDO-ALEATÓRIA EM UM SISTEMA DE COMUNICAÇÃO MULTI-ANTENA

FUNDAMENTOS

I. Campo

A presente invenção refere-se de maneira geral à comunicação de dados e, mais especificamente, a técnicas para executar processamento espacial para transmissão de dados em um sistema de comunicação multi-antena.

II. Fundamentos

Um sistema de comunicação multi-antena utiliza múltiplas antenas de transmissão e uma ou múltiplas antenas de recepção para transmissão de dados. O sistema de multiantena pode ser assim um sistema de múltiplas entradas e 15 múltiplas saídas (MIMO) ou um sistema de múltiplas entradas e uma única saida (MISO). Um sistema MIMO utiliza múltiplas (N_T) antenas de transmissão em uma entidade transmissora e múltiplas (Nr) antenas de recepção em uma entidade receptora para transmissão de dados, e é denotado como um 20 sistema N_R x N_T. Um canal MIMO formado pelas N_T antenas de transmissão e pelas N_R antenas de recepção podem ser decompostas em N_s canais espaciais, onde N_s < min {N_T, Nr} . Os N_s canais espaciais podem ser utilizados para transmitir dados de maneira a se obter maior segurança e/ou capacidade 25 de transmissão total mais elevado. Um sistema MISO utiliza múltiplas (N_T) antenas de transmissão e uma única antena de recepção para transmissão de dados. Um canal MISO formado pelas N_T antenas de transmissão e a antena de recepção única é composta por um único canal espacial.

Cada canal espacial pode experimentar várias condições de canal danosas, tais como, por exemplo, desvanecimento, multipercurso e efeitos de interferência.

Os N_s canais espaciais de um canal MIMO podem experimentar também diferentes condições de canal e podem obter diferentes relações sinal / ruído e interferência (SNRs). A SNR de um canal espacial determina sua capacidade de transmissão, que é tipicamente quantificada por uma taxa de dados particular que pode ser transmitida com segurança no canal espacial. Para um canal sem fio variante no tempo, a condição de canal se altera ao longo do tempo e a SNR de cada canal espacial também se altera ao longo do tempo.

Para se aumentar ao máximo a capacidade de transmissão, o sistema de multi-antena pode utilizar alguma forma de realimentação, pela qual a entidade receptora avalia o(s) canal(ais) espacial(is) e fornece informações de realimentação indicando a condição de canal ou a capacidade de transmissão de cada canal espacial. A entidade transmissora pode então ajustar a transmissão de dados em cada canal espacial com base nas informações de realimentação. Entretanto, estas informações de realimentação podem não estar disponíveis por várias razões. Por exemplo, o sistema de multi-antena pode não suportar a transmissão de realimentação da entidade receptora, ou o canal sem fio pode alterar-se mais rapidamente que a taxa à qual a entidade receptora pode estimar o canal sem fio e/ou enviar de volta as informações de realimentação. Seja como for, se a entidade transmissora não conhece a condição de canal, ela pode então precisar transmitir os dados a uma taxa baixa de modo que a transmissão de dados possa ser decodificada de maneira segura pela entidade receptora mesmo com a pior condição de canal. O desempenho de tal sistema seria ditado pela pior condição de canal esperada, o que é altamente indesejável.

Para se aperfeiçoar o desempenho quando as informações de realimentação não estiverem disponíveis, a

3/3

entidade transmissora pode executar processamento espacial de modo que a transmissão de dados não observe a pior condição de canal por um período prolongado de tempo, conforme descrito a seguir. Uma taxa mais elevada pode ser então utilizada na transmissão de dados. Entretanto, este processamento espacial representa uma complexidade adicional para a entidade transmissora e possivelmente para a entidade receptora.

Há, portanto, necessidade na técnica de técnicas para executar processamento espacial com complexidade minima, de modo a se melhorar o desempenho da transmissão de dados em um sistema de comunicação multi-antena.

SUMÁRIO

São descritas aqui técnicas para gerar e utilizar matrizes de direcionamento para direcionar transmissão pseudo-aleatória (PRTS). PRTS refere-se ao processamento espacial executado por uma entidade transmissora com matrizes de direcionamento, de modo que a transmissão de dados observe um conjunto de canais efetivos. Estes canais efetivos são formados pelo canal MIMO ou MISO real utilizado na transmissão de dados e pelas matrizes de direcionamento utilizadas para a PRTS. Com a PRTS, a transmissão de dados não observa uma única percepção de canal ruim durante um período prolongado de tempo, e o desempenho não é ditado pela pior condição de canal.

As matrizes de direcionamento podem ser geradas de modo que a computação para a PRTS seja simplificada. Um conj unto de matrizes de direcionamento pode ser gerado primeiro selecionando uma matriz (matrix) base, que pode ser uma matriz de Walsh, uma matriz de Fourier, ou alguma outra matriz unitária que tenha colunas ortogonais. Diferentes combinações de escalares são então selecionadas, com cada combinação incluindo pelo menos um escalar para

4/36 pelo menos uma fileira da matriz base, um escalar por fileira. Cada escalar pode ser um valor real ou complexo. Diferentes matrizes de direcionamento são geradas multiplicando-se a matriz base por cada uma das diferentes combinações de escalares, conforme descrito a seguir. As diferentes matrizes de direcionamento são assim diferentes permutações da matriz base e retêm determinadas características desejáveis (unitária, por exemplo) da matriz base. Pela seleção de uma matriz base adequada (uma matriz de Walsh, por exemplo) e de escalares adequados (como, por exemplo, +1, -1, +j e -j_f onde j = ) , os elementos das matrizes de direcionamento pertencem a um conjunto composto por {+1, -1, +j, -j} . Neste caso, a multiplicação de um símbolo de dados por um elemento de uma matriz de direcionamento pode ser obtida com manipulações de bits simples, conforme descrito a seguir.

Um conjunto de vetores de utilizado em transmissões MISO pode ser colunas das matrizes de direcionamento.

direcionamento formado com as

Cada vetor de direcionamento pode ser também visto como uma matriz de direcionamento corrompida que contém apenas uma coluna. Vários aspectos e modalidades da invenção são descritos mais detalhadamente a seguir.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

A figura 1 mostra um sistema de multi-antena com um ponto de acesso e terminais de usuário;

A figura 2 mostra um processo para gerar matrizes de direcionamento e vetores de direcionamento utilizados para o direcionamento de transmissão pseudo-aleatória; e

A figura 3 mostra um diagrama de blocos de uma entidade transmissora de multi-antena, uma entidade receptora de antena única e uma entidade receptora de multi-antena.

5/36

DESCRIÇÃO DETALHADA

A palavra exemplar é utilizada aqui para significar que serve como exemplo, caso ou ilustração. Qualquer modalidade descrita aqui como exemplar não deve 5 ser necessariamente interpretada como preferida ou vantajosa comparada com outras modalidades.

A figura 1 mostra um sistema de multi-antena 100 com um ponto de acesso (AP) 110 e terminais de usuário (UTs) 120. Um ponto de acesso é geralmente uma estação fixa 10 que se comunica com os terminais de usuário e pode ser também referida como estação base ou alguma outra terminologia. Um terminal de usuário pode ser fixo ou móvel e pode ser também referido como estação móvel, dispositivo sem fio, equipamento de usuário ou alguma outra 15 terminologia. Um controlador de sistema 130 é acoplado aos pontos de acesso e proporciona coordenação e controle para estes pontos de acesso.

O ponto de acesso 110 é equipado com múltiplas antenas para transmissão de dados. Cada terminal de usuário 20 120 pode ser equipado com uma única antena ou múltiplas antenas para transmissão de dados. Um terminal de usuário pode comunicar-se com o ponto de acesso e pode também comunicar-se de ponto-a ponto com um outro terminal de usuário. Na descrição seguinte, uma entidade transmissora 25 pode ser um ponto de acesso ou um terminal de usuário, e uma entidade receptora pode ser também um ponto de acesso ou um terminai de usuário. A entidade transmissora é equipada com múltiplas (N_T) antenas de transmissão, e a entidade receptora pode ser equipada com uma única antena 30 ou múltiplas (Nr) antenas. Uma transmissão MISO existe quando a entidade receptora é equipada com uma única antena, e uma transmissão MIMO existe quando a entidade receptora é equipada com múltiplas antenas.

6/36

1° sistema 100 pode ser um sistema de portadora única ou um sistema de multi-portadoras. Múltiplas portadoras podem ser obtidas com multiplexação por divisão de freqüência ortogonal (OFDM), algumas outras técnicas de 5 modulação de multi-portadoras ou algum outro construção. A OFDM particiona de maneira eficaz a largura de banda de sistema total em múltiplas (N_F) sub-bandas ortogonais, que são também referidas como tons, sub-portadoras, faixas e canais de freqüência. Com a OFDM, cada sub-banda é 10 associada a uma respectiva sub-portadora, que pode ser modulada com dados.

No sistema 100, uma entidade transmissora pode transmitir dados a uma entidade receptora utilizando direcionamento de transmissão pseudo-aleatória (PRTS) de 15 modo a obter desempenho aperfeiçoado. Com a PRTS, a entidade transmissora executa um processamento espacial de modo que a transmissão de dados observe um conjunto de canais efetivos e não se fixe em uma única percepção de canal· ruim durante um periodo prolongado de tempo.

Conseqüentemente, o desempenho não é ditado pela pior condição de canal.

O processamento espacial na entidade transmissora para o direcionamento de transmissão pseudo-aleatória pode ser expresso da seguinte maneira:

x(m) = V(m).s(m), Eq (1) onde s(m) é um N_T x 1 vetor com até N_T símbolos de dados a ser enviado em uma extensão de transmissão m;

V(m) é uma matriz de direcionamento N_T x N_T utilizada para uma extensão de transmissão m; e

X(m) é um N_T x 1 vetor com N_T símbolos de transmissão a ser enviado das N_T antenas de transmissão em uma extensão de transmissão m.

Conforme utilizado aqui, um símbolo de dados é um símbolo de modulação para dados, um símbolo-piloto é um símbolo de modulação para piloto e um símbolo de transmissão é um símbolo a ser enviado de uma antena de transmissão. Os símbolos-piloto são conhecidos a priori tanto pela entidade transmissora quanto pela entidade receptora.

Uma extensão de transmissão pode cobrir dimensões de tempo e/ou freqüência. Para um sistema de portadora única, uma extensão de transmissão pode corresponder a um período de símbolos, que é o intervalo de tempo para transmitir um símbolo de dados. Para um sistema multiportadora, como um sistema MIMO que utiliza OFDM, uma extensão de transmissão pode corresponder a uma sub-banda em um período de símbolos OFDM. Uma extensão de transmissão pode cobrir também múltiplos períodos de símbolos e/ou múltiplas sub-bandas. Assim, m pode ser um índice para tempo e/ou freqüência. Uma extensão de transmissão pode ser também referida como um intervalo de transmissão, um intervalo de sinalização, uma partição ou alguma outra terminologia.

O direcionamento de transmissão pseudo-aleatória pode ser utilizada para obter diversidade de transmissão ou espalhamento espacial, e pode ser também utilizada em combinação com um modo direcionado, conforme descrito a seguir. O processamento espacial na entidade receptora é também descrito a seguir.

1. Geração de Matrizes de Direcionamento

A entidade transmissora pode executar processamento espacial para direcionamento de transmissão pseudo-aleatória com um conjunto de matrizes de direcionamento (ou matrizes de transmissão), que pode ser denotado como {V}, ou V(i) para 1 = 1 ... L, onde L pode ser qualquer número inteiro maior que um. As matrizes de

direcionamento devem ser matrizes unitárias e satisfazer o seguinte:

V^H(i) · V(i) = I , para i = 1 . . . L, Eq (2) onde I_ é a matriz de identidade com uns ao longo da diagonal e zeros em qualquer outra parte. Cada matriz de direcionamento V(i) inclui N_T colunas e pode ser expressa como V(í) = [V] ( í)y₂ (i) ... v_NT (i) ] . A equação (2) indica que cada coluna de V(í) deve ter energia unitária, ou I |v_a (i) 11 ~ y^Ha(i).va(i) = 1 para a = 1 ... NT. Esta condição assegura que os N? símbolos de dados transmitidos simultaneamente utilizando-se V(i) tenham a mesma potência. A equação (2) indica também que o produto interno hermitiano de quaisquer duas colunas de V(i) deve ser zero, ou v^H«(i)· vh(i) =0 para α = 1 ... N_T ,b = 1 ...N_se α Ψ b. Esta condição assegura que os N_T símbolos de dados transmitidos simultaneamente sejam ortogonais uns aos outros nas antenas de transmissão.

O conjunto de L matrizes de direcionamento pode ser gerado de diversas maneiras. Em uma modalidade, as L matrizes de direcionamento são geradas a partir de uma matriz base, que é de preferência uma matriz unitária. A matriz base pode ser utilizada como uma das L matrizes de direcionamento. As outras L - 1 matrizes de direcionamento podem ser geradas multiplicando-se as fileiras da matriz base por diferentes escalares, conforme descrito a seguir. Em geral, um escalar pode ser qualquer valor real ou complexo. Entretanto, de modo a se assegurar que as matrizes de direcionamento sejam matrizes unitárias, os escalares são selecionados de modo a terem magnitude unitária e fases entre 0 e 2π (ou 0^o e 360°) .

9/36 ri

Em uma modalidade, a matriz base é uma matriz de

Walsh. Uma 2x2 matriz de Walsh W_2x2 θ uma 4x4 matriz de

Walsh W_4x4 podem ser expressas da seguinte maneira:

e

1 1 ri	1 1 *	f
4 l
1 -1		1

Bq(3)

Uma matriz de Walsh de tamanho maior W_2Nx2N pode ser formada a partir de uma matriz de Walsh de tamanho menor W_NxN, da seguinte maneira:

Eq(4)

Conforme indicado pela equação (4) , as matrizes de Walsh têm dimensões que são potências de dois (como, por exemplo, 2, 4, 8 e assim por diante) por causa da maneira pela qual estas matrizes são formadas.

Para um N_R x 2 sistema, com N_R > 2, quatro matrizes de direcionamento exemplares podem ser geradas a partir da matriz de Walsh W_2x2 da seguinte maneira:

f '1

Λ

U »1 onde

JX&2 .«d XL”

W^X2_X2	é	igual	a W_2x2;
W² _2x2	é	obtido	multiplicando-se	a	segunda	fileira	de	w_2x2
						por - 1	ou	e^;
W³2x2	é	obtido	multiplicando-se	a	segunda	fileira	de	w_2x2
					por	+ j ou e-	7* /	²; e
W⁴2x2	é	obtido	multiplicando-se	a	segunda	fileira	de	W_2x2

por - j ou e~^{jír 7 2}

Matrizes de direcionamento adicionais podem ser geradas multiplicando-se a segunda fileira de W_2x2 por escalares, como, por exemplo, &7^3π/4, β^±7τ/\ ^ϊ^π/8 outros e assim

10/36 por diante. 0 conjunto de L matrizes de direcionamento pode ser formado da seguinte maneira: V(l) = g₂ · V(2) = g₂ · W² _2x2 e as sim por diante, onde a graduação por g₂ =

1/V2 resulta em ter cada coluna de V(i) energia unitária.

	Para	u	im	Nr	X	4
matrizes	de dire	cionamento
partir da	matriz	de	Wa‘	Ish	w₄
			1	1	f
		t 1	-1	1
	W¹ SsS	1	-1
		1	“1	-1	1

sistema, com N_R > 4, quatro exemplares podem ser geradas a x4 da seguinte maneira:

1	1	1	f
	1
-1		1	1
-1	1	1

Ί	1	1	f		'1	1	1	f
J J	-j J	J -j	-J	. e Wt =	./ 1	“7 1	J -1
J	-J	-J				-1	-1

onde W^x _4x4 é igual a W_4x4;

W² _4x4 é obtido multiplicando-se cada uma das fileiras de 2 a 4 de W_4x4 por -1;

W³ _4x4 é obtido multiplicando-se cada uma das fileiras de 2 a 4 de W_4x4 por + j; e

W⁴ _4x4 é obtido multiplicando-se a fileira 2 de W_4x4 por +j.

O conjunto de L matrizes de direcionamento pode ser formado da seguinte maneira: V (1) = g₄ * W^x4x4, V(2) = g4 · W²4x4 e assim por diante, onde a graduação por g₄ = l/5/ϊ = 1/2 resulta em ter cada coluna de V(i) energia unitária.

Em geral, para uma N χ N matriz base, cada uma das fileiras de 2 a N da matriz base pode ser multiplicada de maneira independente por um de K diferentes escalares possíveis. Assim, K^N_1 diferentes matrizes de direcionamento podem ser obtidas a partir de K^N_X diferentes permutações

¥ /36 dos K escalares para as N - 1 fileiras. Por exemplo, cada uma das fileiras de 2 a N pode ser multiplicada de maneira independente por um escalar de e^j0 =+l, =-l, e^^/2~+j_f ou e^^/2 =-j. Neste caso, para N ~ 4, 64 diferentes matrizes de direcionamento podem ser geradas a partir da matriz de Walsh W_4x4 com os quatro diferentes escalares. Matrizes de direcionamento adicionais podem ser geradas com outros escalares, como, por exemplo, e^⁵^⁴, e^±:í?r/4, e assim por diante. Em geral, cada fileira da matriz base pode ser multiplicada por qualquer escalar que tenha a forma _f onde Θ pode ser qualquer valor de fase. Também em geral, N x N matrizes de direcionamento podem ser geradas a partir de N x N matrizes de Walsh como V(i) = g_N• W² _nxk, onde g_N = 1/7n.

As matrizes de direcionamento obtidas com base em uma matriz de Walsh têm determinadas propriedades desejáveis. Se as fileiras da matriz de Walsh forem multiplicadas por escalares de ± 1 e ± j, então cada elemento de uma matriz de direcionamento resultante é + 1, - 1, + j ou - j e tem assim um valor de não zero apenas para o componente real ou imaginário. Neste caso, a multiplicação de um símbolo de dados por um elemento da matriz de direcionamento pode ser efetuada com apenas manipulação de bits. Por exemplo, a multiplicação de um símbolo de dados de valor complexo, a + jb_f por - 1 pode ser efetuada invertendo-se o bit de sinal tanto do componente real quando do componente imaginário do símbolo de dados, ou (a + jb) (-1 + gO) = -a ~ jb. A multiplicação por + j pode ser efetuada permutando-se os componentes real e imaginário do símbolo de dados e invertendo-se o bit de sinal do componente real, ou (a + jb) (0 + j) ~ -b + ja. A

12/36

multiplicação por - j pode ser efetuada trocando-se os componentes real e imaginário do símbolo de dados e invertendo-se os bits de sinal tanto do componente real quanto do componente imaginário, ou ( a + jb) (0 ~ j) = - b ja. Assim, se os elementos das L matrizes de direcionamento pertencerem a um conjunto composto por {+1, -1, + j_f - j}_f então a computação efetuada pela entidade de transmissão para o direcionamento de transmissão pseudoaleatória pode ser consideravelmente simplificada.

Em outra modalidade, a matriz base é uma matriz de Fourier. Uma 2x2 matriz de Fourier D_2x2 é igual à matriz de Walsh W_2x2 ou D_2x2 = W_2x2 · Uma 3x3 matriz de Fourier D_3x3 e uma 4x4 matriz de Fourier D_4x4 podem ser expressas da seguinte maneira:

	*11 1 “		Ί 1 1	f
»3X3-	1	6 . ÍLm ™”	t J “1 1—11	-l
	.1
				,/J

Em geral, para uma N χ N matriz de Fourier D_NxW, o elemento na n-ésima fileira da m-ésima coluna de D_NxK pode ser expresso da seguinte maneira:

* ,paraaa(l-N} θ Eq(ó)

Ao contrário das matrizes de Walsh, as matrizes de Fourier podem ser formadas de qualquer dimensão quadrada (como, por exemplo, 2, 3, 4, 5 e assim por diante).

Para um N_R x 3 sistema, com N_R > 3, quatro matrizes de direcionamento exemplares podem ser geradas a partir da matriz de Fourier D_3x3, da seguinte maneira:

13/36

'1	1	1	1 1	1 “
1			-1 e⁵
			-1

1	1	1		1	1	1
	e-·		, e Bt-		_e'W
				- 1

onde é igual a D_3x3;

D²3x3 é obtido multiplicando-se cada uma das fileiras 2 e 3 de D _3x3 por -1;

D³3x3 é obtido multiplicando-se cada uma das fileiras 2 e 3 de D3x3 por + j; e D⁴3x3 é obtido multiplicando-se a fileira 2 de D3x3 por + j. Cada uma das fileiras 2 e 3 pode ser multiplicada de maneira independente por um escalar de +1, -1, +j ou -j .

Para N = 3, um total de 16 matrizes de direcionamento podem ser geradas com os quatro escalares. Matrizes de direcionamento adicionais podem ser geradas com outros escalares, como, por exemplo, e^±^^2K/3 _f e^±jíÍ/3, θ assim por diante. O conjunto de L matrizes de direcionamento pode ser formado da seguinte maneira: V(l) = g₃ * Ο^Χ3χ3 V(2) = g3 · D²3x3 e assim por diante, onde a graduação por g₃ = 1/V3 resulta em ter cada coluna de V(i) energia unitária.

Para o N_R x 4 sistema, com N_R > 4, quatro matrizes de direcionamento exemplares podem ser geradas a partir da matriz de Fourier

D_4x4 da seguinte maneira:

14/36 dS

1 1	1 í	1 11 1'
1 J	“1 -/	-1 j 1 j
1 -1	i _i	-1 1 -1 1
.1	-1	-l J 1 ~./j

í

J -/

-j -i h⁴

onde D¹ _4x4 é igual a D_4x4;

D²4x4	é	obtido	multiplicando-se	cada	uma	das fileiras de 2
					a	4 de D_4x4 por -1;
D³ _4x4	é	obtido	multiplicando-se	cada	uma	das fileiras de 2
					a 4	de D_4x4 por + j; e
D⁴4x4	é	obtido	multiplicando-se	a fileira	2 de D_4x4 por +j.

Cada uma das fileiras de 2 a 4 pode ser multiplicada de maneira independente por um escalar de +1, -1, +j ou -j.

Para N = 4, um total de 64 matrizes de direcionamento podem ser geradas com quatro escalares.

Matrizes de direcionamento adicionais podem ser geradas com outros escalares, como, por exemplo, _e ^±j³’^F/⁴f e±j2v/3, e^±3K/31 e¹^⁴, e^±3ír/e, e^±3K/Q e assim por diante. 0 conjunto de L matrizes de direcionamento pode ser formado da seguinte maneira: V(1) = g4 ’ D^X4x4r V(2) = g4 · D²4x4 e assim por diante.

Para N = 4, os elementos da matriz de Fourier D_4x4estão no conjunto { + 1, -1, +j, - j} . Se as fileiras de D_4x4 forem multiplicadas por escalares de ±1 e ± j_r então os elementos das matrizes de direcionamento resultantes estão também no conjunto { + 1, -1, + j_r - j} . Neste caso, a computação para o processamento espacial pode ser então simplificada, conforme descrito acima.

15/36

Para N = 3, os elementos da matriz de

Fourier

D₃x3 estão em um conjunto composto por

Se as fileiras de D_3x3 forem multiplicadas por escalares de

30°), e^±3;r/3 (rotação em ± 60°), e^±:í?r72 (rotação em ± 90°), e^²^⁷³ (rotação em ± 120°), e^±j5?r7í (rotação das matrizes resultantes são tais que pelo menos um componente pertença a um conjunto composto + 1/2,

1/2}. A multiplicação para este componente pode ser efetuada com um deslocamento (se necessário para uma divisão por

2) e uma inversão de bits de sinal necessário) .

multiplicação de um símbolo de dados de valor complexo, a + jõ, por um elemento de tal matriz de direcionamento exigiría então no máximo uma multiplicação real para um componente com uma magnitude de V3/2 .

A figura 2 mostra um diagrama de fluxo de um processo 200 para gerar matrizes de direcionamento vetores de direcionamento utilizados para direcionamento de transmissão

Uma matriz base inicialmente obtida (bloco 212). A matriz base pode ser uma matriz de Walsh, uma matriz de Fourier ou alguma outra matriz unitária que tenha colunas ortogonais. Uma matriz de

Walsh pode simplificar a computação para a PRTS, mas tem uma dimensão que é uma potência de dois. Uma matriz de

Fourier de qualquer dimensão pode ser formada, determinadas dimensões (quatro, por exemplo) podem proporcionar computação simplificada para a PRTS.

Uma combinação diferente de escalares é então selecionada para que uma nova matriz de direcionamento seja gerada (bloco 214).

tipicamente deixada

A primeira fileira da matriz base é sozinha (ou multiplicada por +1) , e

16/36

3<>

cada uma das outras N - 1 fileiras pode ser multiplicada por qualquer um de K escalares possíveis, onde em geral N > 2 e K > 2. A combinação selecionada pode incluir N - 1 escalares para as fileiras de 2 a N da matriz base, um escalar por fileira. Os K escalares podem ser selecionados de modo gue os elementos da matriz de direcionamento resultante tenham formatos que podem simplificar a computação. Por exemplo, K pode ser quatro, e os quatro escalares possíveis podem ser +1, -1, + j e - j. Para a primeira matriz de direcionamento, a combinação de escalares pode ser toda +1. Em geral, zero, um ou mais dos escalares na combinação selecionada podem ser iguais a +1, que corresponde a não ser nenhuma alteração na fileira da matriz base multiplicada por este escalar. Seja como for, a nova matriz de direcionamento é formada multiplicando-se as N - 1 fileiras da matriz base pela combinação selecionada de N - 1 escalares (bloco 216). A matriz de direcionamento gerada pode ser armazenada em uma memória ou utilizada imediatamente no processamento espacial.

Determina-se então se ou não uma outra matriz de direcionamento é necessária (bloco 218). Se a resposta for 'sim⁷, então o processo volta ao bloco 214 e uma combinação diferente de escalares é selecionada para a matriz de direcionamento seguinte. Se um conjunto de L matrizes de direcionamento estiver sendo gerado, então L combinações diferentes de escalares são utilizadas de modo que não sejam geradas para o conjunto matrizes de direcionamento duplicadas. Se matrizes de direcionamento estiverem sendo geradas às pressas, então a combinação de escalares para cada matriz de direcionamento pode ser selecionada de maneira a se evitar a geração de matrizes de direcionamento duplicadas, como, por exemplo, dentro de um número predeterminado de extensões de transmissão.

17/36

As diferentes combinações de escalares podem ser selecionadas de maneira deterministica de modo a se evitar a duplicação. Como exemplo para N - 4 e K = 4, pode ser utilizado um contador de 3 dígitos e base 4, com os três dígitos sendo rotulados como x, y e ζ. O digito x pode estar associado à fileira 2 da matriz base, o dígito y pode estar associado com a fileira 3 e o dígito z pode estar associado com a fileira 4. Cada dígito tem uma faixa de 0 a 3. O escalar +1 pode ser utilizado para a fileira 2 da matriz base se x ~ 0, o escalar - 1 pode ser utilizado se x = 1, o escalar + j pode ser utilizado se x = 2 e o escalar - j pode ser utilizado se x = 3. Os dígitos y e z determinam de maneira semelhante quais os escalares a serem utilizados para as fileiras 3 e 4, respectivamente, da matriz base. O contador pode ser incrementado no bloco 214 para cada nova matriz de direcionamento. Por exemplo, o contador pode contar de 000 a 003, em seguida de 010 a 013, em seguida de 020 a 023, em seguida de 030 a 033, em seguida de 100 a 103 e assim por diante, e finalmente de 330 a 333. Os três dígitos (xyz) do contador determinariam quais escalares a serem utilizados para as fileiras de 2 a 4 da matriz base. Outros mecanismos e esquemas podem ser também utilizados para selecionar diferentes combinações de escalares a serem utilizadas nas fileiras da matriz base, de modo a se gerarem diferentes matrizes de direcionamento. Depois de selecionada uma combinação diferente de escalares no bloco 214, outra matriz de direcionamento é gerada utilizando-se esta combinação de escalares no bloco 216.

De volta à etapa 218, se outra matriz de direcionamento não for necessária (porque todas as L matrizes de direcionamento para o conjunto foram geradas, por exemplo), então um conjunto de vetores de direcionamento pode ser formado se necessário para

18/36 transmissão MISO (bloco 220) . Os vetores de direcionamento podem ser formados com as colunas das matrizes de direcionamento geradas nos blocos de 212 a 218. O processo termina, então.

As matrizes de direcionamento geradas da maneira descrita acima são permutações diferentes da matriz base, em que as permutações são determinadas pelas diferentes combinações de escalares. Os escalares são selecionados para terem magnitude unitária de modo que as matrizes de direcionamento sejam matrizes unitárias. Os escalares podem ser também selecionados de modo que os elementos das matrizes de direcionamento possam simplificar a computação para a PRTS. Os elementos de cada matriz de direcionamento gerada a partir de uma matriz de Walsh ou de uma matriz de

Fourier têm também igual magnitude de simplifica a graduação destes elementos

1/Vn , o que e proporciona outros benefícios.

As matrizes de direcionamento e os vetores de direcionamento utilizados para a direcionamento de transmissão pseudo-aleatória podem ser gerados com base em uma matriz base e armazenados em uma memória.

Em seguida, uma matriz/vetor de direcionamento pode ser selecionado para utilização para cada extensão de transmissão, e matriz/vetor de direcionamento selecionado é recuperado da memória.

Alternativamente, as matrizes/vetores de direcionamento podem ser gerados em tempo real à medida que sejam necessários.

Conforme observado acima, cada vetor de direcionamento pode ser visto com uma matriz de direcionamento corrompida que contém apenas uma coluna.

Assim, conforme utilizada aqui, uma matriz pode conter uma ou várias colunas.

19/36

2. Seleção de Matrizes de Direcionamento

As L matrizes de direcionamento no conjunto podem ser selecionadas para utilização de diversas maneiras. Em uma modalidade, as matrizes de direcionamento são selecionadas do conjunto de L matrizes de direcionamento de uma maneira deterministica. Por exemplo, as L matrizes de direcionamento podem ser giradas e selecionadas em ordem sequencial, começando com V(l), em seguida V(2) e assim por diante, e então V(L) . Em outra modalidade, as matrizes de direcionamento são selecionadas do conjunto de uma maneira pseudo-aleatória. Por exemplo, a matriz de direcionamento a ser utilizada para cada extensão de transmissão m pode ser selecionada com base em uma função f (m) , que seleciona de maneira pseudo-aleatória uma das L matrizes de direcionamento, ou V ( / (ιώ) ) . Em ainda outra modalidade, as matrizes de direcionamento são selecionadas do conjunto de maneira permutada. Por exemplo, as L matrizes de direcionamento podem ser giradas e selecionadas para utilização em ordem sequencial. Entretanto, a matriz de direcionamento inicial para cada ciclo pode ser selecionada de maneira pseudo-aleatória, em vez de ser sempre V(l). As L matrizes de direcionamento podem ser também selecionadas de outras maneiras.

A seleção da matriz de direcionamento pode também depender do número de matrizes de direcionamento (L·) no conjunto e do número de extensões de transmissão (M) no bloco de transmissão através do qual a direcionamento de transmissão pseudo-aleatória será aplicada. O bloco de transmissão pode corresponder a um pacote de dados, um bloco de códigos ou uma palavra-código, um símbolo OFDM, uma unidade de dados de protocolo (PDU) e assim por diante. Em geral, o número de matrizes de direcionamento (L) pode ser superior, ou igual, ou inferior à extensão do bloco de

0/36 transmissão (M)

Se L

M, então uma matriz de direcionamento diferente pode ser selecionada para cada uma das M extensões de transmissão para o bloco de transmissão.

Se L < M, então as matrizes de direcionamento são reutilizadas para cada bloco de transmissão. Se L >

M, então um subconj unto das matrizes de direcionamento utilizado para cada bloco de transmissão. Para todos os três casos, as matrizes de direcionamento podem ser selecionadas de maneira deterministica, pseudo-aleatória ou permutada, conforme descrito acima.

3. Transmissão MIMO

No sistema 100, um canal MIMO existe entre uma entidade transmissora de multi-antena e uma entidade receptora de multi-antenas.

Para um sistema de portadora única, o canal MIMO formado pelas N_T antenas na entidade transmissora e as N_R antenas na entidade receptora pode ser caracterizado por uma N_R X N_T matriz de resposta de canal

H, que pode ser expressa da seguinte maneira:

IIonde a entrada h._/£, para i = 1 ... N_R. . . e l = 1 ... N_T, denota o acoplamento ou ganho complexo entre a antena de transmissão £ e a antena de recepção i . Um canal MIMO diferente existe entre cada combinação diferente da entidade transmissora de multi-antena e da entidade receptora de multi-antenas. Por simplificação, o canal MIMO é supostamente de precedência total com N_s = N_T < N_R.

Para uma transmissão MIMO, a entidade transmissora pode executar processamento espacial para o

21/36 direcionamento de transmissão pseudo-aleatória da seguinte maneira:

Xnumo,pr W = V(m)’S(m) , Eq (8) onde Xmimo,pr W é um vetor com N_T símbolos de transmissão a serem enviados das N_T antenas de transmissão na extensão de transmissão m. A matriz de direcionamento V(m) a ser utilizada para cada extensão de transmissão pode ser selecionada do conjunto das L matrizes de direcionamento, conforme descrito acima. Se o sistema utilizar a OFDM, então um sub-fluxo de símbolos de dados pode ser enviado em cada sub-banda utilizada na transmissão de dados. As entidades transmissora e receptora executariam então processamento espacial para cada sub-banda de dados separadamente.

Os símbolos recebidos na entidade receptora podem ser expressos da seguinte maneira:

£p_r (m) = H (m) -XtniMOspr W + η(Λϋ = H (m) -V (m) -s (m) +n (m) ^{= E}q (9) onde £p_r(m) é um vetor com N_R símbolos recebidos das N_Rantenas de recepção;

H_e# (m) é uma N_T x N_T matriz de resposta de canal MIMO efetiva para a extensão de transmissão m_rque é H_e# (m) = H(m)’V(m); e n(m) é um vetor de ruído.

Por simplificação, presume-se que o ruído é um ruído gaussiano branco aditivo (AWGN) com um vetor médio zero e uma matriz de covariância de Λ=σ²·Ι, onde σ² é a variância do ruído observado pela entidade receptora.

O processamento espacial na entidade transmissora com a matriz de direcionamento V(m) resulta na observação,

22/36 pelos símbolos de dados em s(m), de uma resposta de canal MIMO efetiva (m) _r que inclui a resposta de canal MIMO real H(m) e a matriz de direcionamento V(m). A entidade receptora pode efetuar estimativa de canal de várias maneiras.

Se a entidade transmissora transmite símbolos piloto sem direcionamento de transmissão pseudo-aleatória, então a entidade receptora pode obter uma estimativa de H(m). Por simplificação, a presente descrição presume estimativa de canal sem erros. A entidade receptora pode obter uma estimativa de H(m_p) para a extensão de transmissão m_p com base nos símbolos piloto recebidos da entidade transmissora nesta extensão de transmissão. Se a entidade transmissora transmite símbolos de dados em outra extensão de transmissão m_d utilizando uma matriz de direcionamento V(m_d) , então a entidade receptora pode obter uma estimativa de H para esta extensão de transmissão da seguinte maneira: H (m_d) = H (m_p) *V . Presume-se que a resposta de canal MIMO seja constante através das extensões de transmissão m_p e m_d, de modo que H(m_d) = H(m_p) . A computação para H pode ser simplificada se V(m) for gerado de maneira adequada, conforme descrito acima.

Se a entidade transmissora transmite símbolos piloto com direcionamento de transmissão pseudo-aleatória, então a entidade receptora pode obter uma estimativa de (m) diretamente. A entidade receptora pode obter uma estimativa de H (m_p) para a extensão de transmissão m_p com base nos símbolos-piloto recebidos da entidade transmissora nesta extensão de transmissão. Se os símbolos piloto fossem transmitidos utilizando-se V(zn_p) , então (m_p)

23/36

3τ

Η (ffip)-V (ζΐ7ρ) . A entidade receptora pode então obter uma estimativa de Η(Λΐρ), da seguinte maneira: H(m_p) = H^. (zn_p) -V^H(πΐρ) . Se a entidade transmissora transmite símbolos de dados em outra extensão de transmissão m_dutilizando a matriz de direcionamento V(m_d) , então a entidade receptora pode obter uma estimativa de (m_d) para esta extensão de transmissão da seguinte maneira: H_e# (m_d) = H (mp)-V(m_d) . Mais uma vez, presume-se que a resposta de canal MIMO seja constante através das extensões de transmissão m_p e m_dr de modo que H(m_d) = H(ra_p) . A computação para H(m_p) e (m_d) pode ser simplificada se as matrizes de direcionamento forem geradas de maneira adequada.

A entidade receptora pode utilizar interpolação e/ou extrapolação de modo a obter estimativas de resposta de canal MIMO. Por exemplo, a entidade transmissora pode transmitir símbolos piloto em um subconjunto das N_F subbandas totais. A entidade receptora pode obter uma estimativa de resposta de canal MIMO real H(m) ou uma estimativa de resposta de canal MIMO efetiva H „ (m) para —w cada sub-banda-piloto m (que é uma sub-banda com transmissão-piioto) com base no símbolo-piloto recebido nessa sub-banda. Se a entidade receptora obtiver (m), então ela pode obter H(m) conforme descrito acima. A entidade receptora pode então interpolar e/ou extrapolar H(m) para todas as sub-bandas-piloto de modo a obter H(m) para todas as sub-bandas de interesse.

Para cada extensão de transmissão m com transmissão de dados, a entidade receptora pode executar processamento espacial (ou filtragem casada espacial) nos

24/36 símbolos recebidos em rp_r(m) ou com H(m) ou com H_e# (m) de modo a obter um vetor dos símbolos detectados, que são estimativas dos símbolos de dados transmitidos. A entidade receptora pode também obter os símbolos detectados utilizando várias técnicas de processamento de receptor, que incluem (1) uma técnica de inversão de matriz de correlação de canal (CCMI), que é também comumente referida como técnica de forçar zero, e (2) uma técnica de erro de quadrado médio mínimo (MMSE).

A entidade receptora pode executar processamento espacial de receptor com a estimativa de resposta de canal

MIMO efetiva (m) .	A Tabela	1 resume o	processamento
espacial	de receptor	para as	técnicas CCMI	e	MMSE com
5 _eff *	Na Tabela 1,		é uma matriz	de	filtragem
espacial	para a técnica CCMI,	M_ffimse(rn) é uma	matriz de

filtragem espacial para a técnica MMSE, e p_mmse(rn) é uma matriz diagonal para a técnica MMSE (que contém os elementos diagonais de M_mmse(m) ·Η^ (m) ) .

Tabela 1

Técnica	Processamento Espacial no Receptor
CCMI		Processamento Espacial no Receptor
	Matriz de Filtro Espacial

25/36

MMSE		Processamento Espacial no Receptor
SL» - C-WW W-15-W+ ΙΓ	Matriz de Filtro Espacial

A entidade receptora pode também executar processamento espacial· de receptor com a estimativa de resposta de canal MIMO real H (m)

Neste caso, a entidade receptora obtém uma matriz base em H(jn) e utilizando, MMSE, e neste caso H (m) entidade receptora executa de filtragem espacial M(m) com por exemplo, a técnica CCMI ou substitui H(m) na Tabela 1. A então filtragem casada espacial em (m) com M (m) de modo a obter , que é uma estimativa de da seguinte maneira: x(w) = M(m) *£p_r (m) .

A entidade receptora também efetua graduação com para a técnica MMSE. A entidade receptora efetua então desespalhamento (ou equalização) espacial em x(m) com V(m) de modo a obter da seguinte maneira: Y

A descrição acima presume um canal MIMO de precedência total com N_s ~ N_T < N_R e a entidade transmissora utilizando N_T x N_T matrizes de direcionamento para

processamento espacial.	Se	o	canal MIMO é deficiente	em
precedência	de modo	que	N_s	<	N_T < N_r, ou se o número	de
20 antenas de	recepção	for	menor	que o número de antenas	de
transmissão	de modo	que	Ns		Nr < N_T, então a entidade

transmissora pode selecionar e utilizar N_s colunas de cada

N_T x N_T matriz de direcionamento para processamento espacial. Neste caso, s(m) é um N_s x 1 vetor com N_s símbolos de dados para N_s fluxos de símbolos de dados e

Xniinio,pr (m) é um N_T x 1 vetor com N_T símbolos de transmissão

26/36

para as N_T antenas de transmissão. A entidade transmissora pode graduar cada símbolo de dados em s(m) ou cada símbolo de transmissão em por g_s = de modo que a potência de transmissão completa disponível para cada antena de transmissão é utilizada para transmitir os N_sfluxos de símbolos de dados.

O direcionamento de transmissão pseudo-aleatória pode ser utilizada para obter diversidade de transmissão ou espalhamento espacial para uma transmissão MIMO, dependendo de como as matrizes de direcionamento são aplicadas. Por exemplo, uma PDU que contenha uma parte de piloto (utilizada na estimativa de canal) e uma parte de dados (que porta um bloco de símbolos de dados) pode ser transmitida em múltiplas sub-bandas e em múltiplos períodos de símbolos. Para obter diversidade de transmissão, a entidade transmissora pode utilizar (1) matrizes de direcionamento diferentes através das múltiplas sub-bandas, mas (2) a mesma matriz de direcionamento através da parte direcionada pseudo-aleatória da PDU para cada sub-banda.

Neste caso,	as matrizes de direcionamento para a PDU são
apenas uma	função da sub-banda, ou V(Jc). A entidade
transmissora	pode utilizar o máximo de matrizes de

direcionamento diferentes possível através das sub-bandas, de modo a se obter maior diversidade de transmissão.

Para obter o espalhamento espacial, a entidade transmissora pode utilizar (1) diferentes matrizes de direcionamento através das várias sub-bandas e (2) diferentes matrizes de direcionamento através da parte direcionada pseudo-aleatória da PDU para cada sub-banda. Neste caso, as matrizes de direcionamento para a PDU seriam uma função tanto da sub-banda quanto do periodo de símbolos, ou V(n,k). Para espalhamento espacial, apenas a

27/36

entidade receptora destinatária tem conhecimento da matriz de. direcionamento utilizada pela entidade transmissora para cada sub-banda e cada período de símbolos e é capaz de executar o desespalhamento espacial complementar para recuperar a PDU transmitida. As demais entidades receptoras não têm conhecimento das matrizes de direcionamento, e a transmissão da PDU se mostra espacialmente aleatória para estas entidades. Consequentemente, estas demais entidades receptoras têm pouca probabilidade de recuperarem a PDU transmitida.

O direcionamento de transmissão pseudo-aleatória pode ser também utilizada para obter espalhamento espacial para um modo direcionado. Para o modo direcionado, a entidade transmissora pode efetuar decomposição em valores singulares de H(m), da seguinte maneira:

H(m) = U (m)-Σ (m), Eq (10) onde U(m) é uma N_R x N_R matriz unitária de autovetores esquerdos de H(m);

Σ(λι) é uma N_R x N_T matriz diagonal de valores singulares de H(m); e

E(m) é uma N_T x N_T matriz unitária de autovetores direitos de H(m).

A entidade	transmissora	pode executar
processamento espacial	para o modo	direcionado com
espalhamento espacial da	seguinte maneira:
Xm_fflO<Sfn(ni) = E (m)-V(m)-s (m) .	Eq (11)

Conforme mostrado na equação (11), a entidade transmissora primeiro executa processamento espacial em s(m) com V(m) para espalhamento espacial e em seguida executa processamento espacial nos simbolos espalhados resultantes com E (m) para o modo direcionado. Os simbolos espalhados (em lugar dos simbolos de dados) são transmitidos nos N_s

28/36 ^L· automodos do canal MIMO. Estes automodos podem ser vistos como canais espaciais ortogonais obtidos pela decomposição de H(m). Para o modo direcionado com espalhamento espacial, o canal MIMO efetivo observado pelos símbolos de dados para cada extensão de transmissão inclui tanto o E(m) quanto o V(m) utilizados pela entidade transmissora. Para espalhamento espacial, a entidade transmissora utiliza diferentes matrizes de direcionamento através da parte direcionada pseudo-aleatória de uma PDU, e apenas a entidade receptora destinatária conhece estas matrizes de direcionamento.

Os símbolos recebidos na entidade receptora do modo direcionado com espalhamento espacial podem ser expressos da seguinte maneira:

r_sm(rn) =H(m) (m) +n (m) =H (m) ’E(m) ’V(m) *s (m) +n(m) . Eq (12)

A entidade receptora executa processamento espacial para o modo direcionado e desespalhamento espacial da seguinte maneira:

^,^)=14..^)^^)=^(^-^^)^(^)^(^)=^)+^). Eq(13) onde M_Sffl(m) é uma matriz de filtragem espacial para o modo direcionado com desespalhamento espacial· e n£(m) é o ruído pós-detecção. A matriz de filtragem espacial M_sffl(m) pode ser expressa da seguinte maneira:

Eq (14)

Conforme mostrado nas equações (13) e (14), a entidade receptora pode transmitidos recuperar os símbolos de dados primeiro executando-se o processamento espacial no receptor com Σ ¹ (m) ·υ^Η(2ϊΐ) para o modo direcionado seguido pelo desespalhamento espacial com V(m) .

29/36

4. Transmissão MIS Ο

No sistema 100, um canal MISO existe entre uma entidade transmissora de multi-antenas e uma entidade receptora de antena única. Para um sistema de portadora única, o canal MISO formado pelas N_T antenas na entidade transmissora e pela antena única na entidade receptora pode ser caracterizado por um 1 x N_T vetor de fileira de resposta de canal h, que pode ser expresso da seguinte maneira:

h - [ , Eq (15) onde a entrada h_{i r} para i = 1 ... N_T, denota o acoplamento entre a antena de transmissão i e a antena de recepção única. Um canal MISO diferente existe entre cada combinação diferente de entidade transmissora de multi-antena e entidade receptora de antena única.

A entidade transmissora pode transmitir dados de suas multi-antenas à entidade receptora de antena única utilizando direcionamento de transmissão pseudo-aleatório. A entidade transmissora pode gerar um conjunto de L vetores de direcionamento, que pode ser denotado como {y} ou y(f) para i = 1 ... L, conforme descrito acima.

Para uma transmissão MISO, a entidade transmissora pode executar processamento espacial para direcionamento de transmissão pseudo-aleatória, da seguinte maneira:

(ΠΙ)	= y(m)*s(m) , Eq (16)
onde s(m) é	um símbolo de dados a ser enviado na extensão
	de transmissão m;
y (m)	é um vetor de direcionamento utilizado para a
	extensão de transmissão m; e

30/36

Xmisoím} θ um vetor com N_T símbolos de transmissão a ser enviado das N_T antenas de transmissão na extensão de transmissão m.

O vetor de direcionamento y(m) a ser utilizado para cada extensão de transmissão pode ser obtido do conjunto de L matrizes de direcionamento. As N_T colunas de cada matriz de direcionamento V(i) no conjunto {V} podem ser utilizadas para formar N_T diferentes vetores de direcionamento. Para utilizar a potência de transmissão total disponível para cada antena de transmissão, cada coluna de V(í) pode ser graduada por θ utilizada como um vetor de direcionamento.

r(m) = h (m) · x_mí_S0(m) + n (m) = h (m)-v (m) *s (m) + n(m) = h_eff (m)-s(m)+n(m) , Eq (17) onde r(m)é um símbolo recebido para a extensão de transmissão m;

h_eff (m) é uma resposta de canal de entrada única e saída única (SISO) efetiva para a extensão de transmissão m_f que é h_eff (m) = h(m)’y(m); e n(n) é o ruído na entidade receptora para a extensão de transmissão m;

A resposta de canal SISO efetiva h_eff (m) para cada extensão de transmissão m é determinada pela resposta de canal MISO real h(m) para essa extensão de transmissão e pelo vetor de direcionamento y(m) utilizado para a extensão de transmissão. Se a entidade transmissora transmitir símbolos piloto sem direcionamento de transmissão pseudoaleatória, então a entidade receptora pode obter uma

31/36 estimativa de h(m) diretamente. A entidade receptora pode então obter uma estimativa de h_eff (m) para cada extensão de transmissão utilizada na transmissão de dados da seguinte maneira: h_eff (m) ~ h(m)-y(m). Presume-se que a resposta de canal MISO seja constante através das extensões de transmissão utilizadas para transmissão piloto e de dados.

A computação para h_eJf (m) pode ser simplificada se y(m) for gerado adequadamente, conforme descrito acima.

Se a entidade transmissora transmitir simbolos10 piloto com direcionamento de transmissão pseudo-aleatória, então a entidade receptora pode obter uma estimativa de h_e# (m) diretamente. A estimativa de h_eff (m) para cada extensão de transmissão m inclui o vetor de direcionamento

y(m) utilizado	para essa	extensão	de	transmissão. Para
15 estimar h (m) ,	que é de	dimensão	1 x	N_T, a entidade
receptora pode	obter estimativas	de	W para N_T
extensões de transmissão	com base	nos	símbolos piloto

transmitidos pela entidade transmissora nas N_T extensões de transmissão com a utilização de N_T vetores de direcionamento. A entidade receptora pode então obter uma estimativa de h(m) com base (1) nas N_T diferentes estimativas de h_eff (m) para as N_T extensões de transmissão e (2) nos N_T vetores de direcionamento utilizados para estas extensões de transmissão. A entidade receptora pode então computar h_eff (m) para cada extensão de transmissão com transmissão de dados com base no h (m) obtido dos símbolos piloto e no vetor de direcionamento y (m) utilizado para essa extensão de transmissão.

A entidade receptora pode efetuar detecção (filtragem casada, por exemplo) nos símbolos recebidos com

32/36 a estimativa de resposta de canal SISO efetiva h_eff (m) _f da seguinte maneira:

onde s(m) é um símbolo

Eq(18) detectado para a extensão de transmissão m_f que é uma ruído pós-detecção e estimativa de s(m), n'(m) é denota um conjugado.

A entidade receptora pode também executar processamento espacial de receptor com a estimativa de resposta de canal MISO real h(n) direcionamento v(ni), da seguinte maneira:

s(m) = ’ v^K (m) - h^t{ (ni) · r(w) = s(m) + h'(m) , e o vetor de

Eq(19) onde g_a =1/1 v^H(m)-h^H(m) I².

O direcionamento de transmissão pseudo-aleatório pode ser utilizado para obter diversidade de transmissão ou espalhamento espacial em uma transmissão MISO, de maneira semelhante à descrita acima para uma transmissão MIMO.

⁵· Sistema

A figura 3 mostra um diagrama de blocos de uma entidade transmissora de multi-antena 310, uma entidade receptora de antena única 350x e uma entidade receptora de multi-antena 35Oy no sistema 100. A entidade transmissora 310 pode ser um ponto de acesso ou um terminal de usuário de multi-antenas. Cada entidade receptora 350 pode ser também um ponto de acesso ou um terminal de usuário.

Na entidade transmissora 310, um processador de dados de transmissão (TX) 320 processa (codifica, intercala e mapeia em símbolos, por exemplo) cada pacote de dados de modo a obter um bloco correspondente de símbolos de dados. Um processador espacial TX 330 recebe e desmultiplexa os símbolos-piloto e de dados conforme apropriado para o

33/36 sistema, executa processamento espacial para o direcionamento de transmissão pseudo-aleatório e/ou para o modo direcionado e fornece N_T fluxos de símbolos de transmissão às N_T unidades transmissoras (TMTR) de 332a a

332t. 0 processador espacial TX 320 pode executar processamento espacial com matrizes de direcionamento V(m), como, por exemplo, mostrado na equação (8) ou (11), em uma transmissão MIMO para a entidade receptora 350y. 0 processador espacial TX 320 pode executar também 10 processamento espacial com vetores de direcionamento v(m) , como, por exemplo, mostrado na equação (16), em uma transmissão MISO para a entidade receptora 350x. Cada unidade transmissora 332 processa seu fluxo de símbolos de transmissão (e executa modulação OFDM, se aplicável) de 15 modo a gerar um sinal modulado. As unidades transmissoras de 332a a 332t provêem N_T sinais modulados para transmissão das N_T antenas de 334a a 334t, respectivamente.

Na entidade receptora de antena única 350x, uma antena 352x recebe os N_T sinais transmitidos e fornece um 20 sinal recebido a uma unidade receptora (RCVR) 354x. A unidade receptora 354x executa processamento complementar ao executado pelas unidades transmissoras 332 (demodulação OFDM, se aplicável, por exemplo) e fornece (1) símbolos de dados recebidos a um detector 360x e (2) símbolos piloto 25 recebidos a um estimador de canais 384x dentro de um controlador 380x. O estimador de canais 384x estima os canais SISO efetivos entre a entidade transmissora 310 e a entidade receptora 350x. 0 detector 360x efetua detecção nos símbolos de dados recebidos com base nas estimativas de 30 resposta de canal SISO efetivas, como, por exemplo, mostrado na equação (18) e gera um fluxo de símbolos detectados. Um processador de dados de recepção (RX) 370x em seguida processa (desmapeia em símbolos, desintercala e

/36

decodifica, por exemplo) o fluxo de símbolo detectado e gera dados decodificados para cada pacote de dados.

Na entidade receptora de multi-antena 350y, N_Rantenas de 352a a 352r recebem os N_T sinais transmitidos, e cada antena 352 fornece um sinal recebido a uma respectiva unidade receptora 354. Cada unidade receptora 354 processa um respectivo sinal recebido e fornece (1) símbolos de dados recebidos a um processador espacial de recepção (RX) 360y e (2) símbolos piloto recebidos a um estimador de canais 384y dentro de um controlador 380y. 0 estimador de canal 384y faz estimativa dos canais MIMO reais ou efetivos entre a entidade transmissora 310 e a entidade receptora 350y. O controlador 380y obtém matrizes de filtragem espacial com base (1) nas estimativas de resposta de canal MIMO e nas matrizes de direcionamento ou (2) nas estimativas de resposta de canal MIMO efetivas. As matrizes de filtragem espacial para a técnica CCMI ou MMSE podem ser obtidas conforme mostrado na Tabela 1. A matriz de filtragem espacial para o modo direcionado com espalhamento espacial pode ser obtida conforme mostrado na equação (14). O processador espacial RX 360y executa processamento espacial nos símbolos de dados recebidos com as matrizes de filtragem espacial, como, por exemplo, mostrado na Tabela 1 ou equação (13), e gera símbolos detectados. Um processador de dados RX 370y processa então os símbolos detectados e gera dados decodificados para cada pacote de dados.

Os controladores 340, 380x e 380y controlam o funcionamento das unidades de processamento na entidade transmissora 310 e nas entidades receptoras 350x e 350y, respectivamente. Os controladores 340, 380x e 380y podem gerar matrizes/vendedores de direcionamento conforme descrito acima. As unidades de memória 342, 382x e 382y armazenam dados e o código de programa utilizados pelos

35/36 controladores

340, 380x e

Oy, respectivamente.

Por exemplo, estas unidades de memória podem armazenar um conj unto de L vetores de direcionamento (SV) e/ou um conj unto de L matrizes de direcionamento (SM).

As técnicas descritas aqui para gerar e utilizar matrizes/vetores de direcionamento para direcionamento de transmissão pseudo-aleatória podem ser implementadas por vários meios. Por exemplo, estas técnicas podem ser implementadas em hardware, software ou uma combinação deles. Para uma implementação em hardware, as unidades de processamento utilizadas para gerar matrizes/vetores de direcionamento e/ou executar processamento espacial com estas matrizes/vetores de direcionamento podem ser implementadas dentro de um ou mais circuitos integrados específicos de aplicação (ASICs), processadores de sinais digitais (DSPs), dispositivo de processamento de sinais digitais (DSPDs), dispositivos lógicos programáveis (PLDs), arranj os de porta programáveis em campo (PPGAs), processadores, controladores, microcontroladores, microprocessadores, outras unidades eletrônicas proj etadas para desempenhar as funções descritas aqui ou uma combinação deles.

Para uma implementação em software, as técnicas descritas aqui podem ser implementadas com módulos (como, por exemplo, procedimentos, funções e assim por diante) que executem as funções descritas aqui. Os códigos de software podem ser armazenados em uma unidade de memória (a unidade de memória 342, 382x ou 382y na figura 3, por exemplo) e executados por um processador (o controlador 340, 380x ou 380y, por exemplo) . A unidade de memória pode ser implementada dentro do processador ou fora do processador, e neste caso ela pode ser comunicativamente acoplada ao

36/36 processador por diversos meios, conforme é conhecido na técnica.

Os cabeçalhos são incluídos aqui para referência e para ajudar na localização de determinadas seções. Estes 5 cabeçalhos não pretendem limitar o alcance dos conceitos descritos sob eles, e estes conceitos podem ter aplicabilidade em outras seções ao longo de todo o relatório.

A descrição anterior das modalidades descritas é 10 apresentada para permitir que qualquer pessoa versada na técnica faça ou utilize a presente invenção. Diversas modificações nestas modalidades serão prontamente evidentes aos versados na técnica, e os princípios gerais definidos aqui podem ser aplicados a outras modalidades sem que se 15 abandone o espírito ou escopo da invenção. Assim, a presente invenção não pretende ser limitada às modalidades mostradas aqui, mas receberá o mais amplo escopo compatível com os princípios e aspectos novos revelados aqui.

1/8

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Método para gerar matrizes de direcionamento utilizadas para processamento espacial em um sistema de comunicação multi-antena sem fio, caracterizado pelo fato de que compreende as etapas de:

obter (212) uma matriz base;

selecionar (214) pelo menos uma combinação de escalares diferente, cada combinação incluindo pelo menos um escalar para pelo menos uma linha da matriz base, um escalar por linha, cada escalar sendo um valor real ou complexo; e formar (216) pelo menos uma matriz de direcionamento multiplicando a matriz base por a pelo menos uma combinação de escalares diferente, em que uma matriz de direcionamento é formada por cada combinação de escalares.
2. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente:

formar (220) uma pluralidade de vetores de direcionamento com colunas da pelo menos uma matriz de direcionamento.
3. Método, de acordo com a reivindicação 1 ou

17, caracterizado pelo fato de que a matriz base é uma matriz

Walsh.
4. Método, de acordo com a reivindicação 1 ou 17, caracterizado pelo fato de que a matriz base é uma matriz de Fourier.
5.

Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a matriz base é uma matriz unitária possuindo colunas ortogonais.
6.

Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que cada uma dentre a pelo menos uma matriz de direcionamento possui colunas ortogonais.

Petição 870180040184, de 14/05/2018, pág. 5/14

2/8
7. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que os escalares para a pelo menos uma combinação diferente são selecionados a partir de um conjunto que compreende +1, -1, +j e -j, onde j é uma raiz quadrada de -1.
8. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que cada elemento da pelo menos uma matriz de direcionamento pertence a um conjunto que compreende +1, -1, +j e -j, onde j é uma raiz quadrada de -1.
9. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que cada uma dentre a pelo menos uma matriz de direcionamento inclui elementos possuindo magnitudes iguais.
10. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a matriz base possui uma dimensão de N por N, onde N é um número inteiro maior do que um, e em que cada combinação inclui N-l escalares para N-l linhas da matriz base.
11. Método, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que N é uma potência de dois.
12. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a pelo menos uma combinação de escalares é obtida com um contador de base K possuindo um dígito para cada um dentre o pelo menos um escalar em uma combinação, onde K é o número de escalares diferentes possíveis utilizáveis para cada linha da matriz base.
13. Equipamento (340, 380) operável para gerar matrizes de direcionamento utilizadas para processamento espacial em um sistema de comunicação multi-antena sem fio, caracterizado pelo fato de que compreende:

meios para obter uma matriz base;

meios para selecionar pelo menos uma combinação de escalares diferente, cada combinação incluindo pelo

Petição 870180040184, de 14/05/2018, pág. 6/14

3/8 menos um escalar para pelo menos uma linha da matriz base, um escalar por linha, cada escalar sendo um valor real ou complexo; e meios para formar pelo menos uma matriz de direcionamento multiplicando a matriz base por a pelo menos uma combinação de escalares diferente, em que uma matriz de direcionamento é formada por cada combinação de escalares.
14. Equipamento, de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de que a matriz base é uma matriz Walsh.
15. Equipamento, de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de que cada uma dentre a pelo menos uma matriz de direcionamento possui colunas ortogonais.
16. Equipamento, de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de que cada elemento da pelo menos uma matriz de direcionamento pertence a um conjunto que compreende +1, -1, +j e -j, onde j é uma raiz quadrada de -1.
17. Método para efetuar processamento espacial em uma entidade transmissora para transmissão de dados em um sistema de comunicação multi-antena sem fio, caracterizado pelo fato de que compreende as etapas de:

processar dados para obter um bloco de símbolos de dados a ser transmitido em uma pluralidade de extensões de transmissão;

obter uma pluralidade de matrizes de direcionamento, uma matriz de direcionamento para cada uma dentre a pluralidade de extensões de transmissão, em que a pluralidade de matrizes de direcionamento é gerada com base em uma matriz base e pelo menos uma combinação de escalares diferente, cada combinação incluindo pelo menos um escalar utilizado para multiplicar pelo menos uma linha da matriz

Petição 870180040184, de 14/05/2018, pág. 7/14

4/8 base para gerar uma matriz de direcionamento correspondente;

efetuar processamento espacial em pelo menos um símbolo de dados a ser transmitido em cada extensão de transmissão com a matriz de direcionamento obtida para a extensão de transmissão, o processamento espacial resultando no bloco de símbolos de dados observando uma pluralidade de canais efetivos formados com a pluralidade de matrizes de direcionamento; e transmitir o bloco de símbolos de dados na pluralidade de extensões de transmissão.
18. Método, de acordo com a reivindicação 17 ou 28, caracterizado pelo fato de que o sistema de comunicação multi-antena utiliza multiplexação por divisão de freqüência ortogonal (OFDM), e em que a pluralidade de extensões de transmissão corresponde a uma pluralidade de sub-bandas.
19. Método, de acordo com a reivindicação 17, caracterizado pelo fato de que o sistema de comunicação multi-antena utiliza multiplexação por divisão de freqüência ortogonal (OFDM), e em que cada uma dentre a pluralidade de extensões de transmissão corresponde a uma ou mais sub-bandas em um intervalo de tempo.
20. Método, de acordo com a reivindicação 17 ou

28, caracterizado pelo fato de que a pluralidade de extensões de transmissão corresponde a uma pluralidade de intervalos de tempo.
21. Método, de acordo com a reivindicação 17 ou

28, caracterizado pelo fato de que cada matriz de direcionamento possui uma coluna, e em que um símbolo de dados é transmitido em cada extensão de transmissão.
22. Método, de acordo com a reivindicação 17, caracterizado pelo fato de que cada matriz de

Petição 870180040184, de 14/05/2018, pág. 8/14

5/8 direcionamento possui múltiplas colunas, e em que múltiplos símbolos de dados são transmitidos simultaneamente em cada extensão de transmissão.
23. Método, de acordo com a reivindicação 17, caracterizado pelo fato de que a pluralidade de matrizes de direcionamento é desconhecida por uma entidade receptora para o bloco de símbolos de dados.
24. Método, de acordo com a reivindicação 17, caracterizado pelo fato de que a pluralidade de matrizes de direcionamento só é conhecida para a entidade transmissora e para uma entidade receptora para o bloco de símbolos de dados.
25. Equipamento para efetuar processamento espacial em uma entidade transmissora para transmissão de dados em um sistema de comunicação multi-antena sem fio, caracterizado pelo fato de que compreende:

meios para processar dados para obter um bloco de símbolos de dados a ser transmitido em uma pluralidade de extensões de transmissão;

meios para obter uma pluralidade de matrizes de direcionamento, uma matriz de direcionamento para cada uma dentre a pluralidade de extensões de transmissão, em que a pluralidade de matrizes de direcionamento é gerada com base em uma matriz base e pelo menos uma combinação de escalares diferente, cada combinação incluindo pelo menos um escalar utilizado para multiplicar pelo menos uma linha da matriz base para gerar a matriz de direcionamento correspondente; e meios para efetuar processamento espacial em pelo menos um símbolo de dados a ser transmitido em cada extensão de transmissão com a matriz de direcionamento obtida para a extensão de transmissão, o processamento espacial resultando no bloco de símbolos de dados

Petição 870180040184, de 14/05/2018, pág. 9/14

6/8 observando uma pluralidade de canais efetivos formados com a pluralidade de matrizes de direcionamento; e meios para transmitir o bloco de símbolos de dados na pluralidade de extensões de transmissão.
26. Equipamento, de acordo com a reivindicação 25, caracterizado pelo fato de que cada matriz de direcionamento possui uma coluna, e em que um símbolo de dados é transmitido em cada extensão de transmissão.
27. Equipamento, de acordo com a reivindicação 25, caracterizado pelo fato de que cada matriz de direcionamento possui múltiplas colunas, e em que múltiplos símbolos de dados são transmitidos simultaneamente em cada extensão de transmissão.
28. Método para efetuar processamento espacial de receptor em uma entidade receptora em um sistema de comunicação multi-antena sem fio, caracterizado pelo fato de que compreende as etapas de:

derivar uma pluralidade de matrizes de filtro espacial com base em uma estimativa de resposta de canal e uma pluralidade de matrizes de direcionamento, uma matriz de direcionamento para cada uma dentre uma pluralidade de extensões de transmissão, em que a pluralidade de matrizes de direcionamento é gerada com base em uma matriz base e pelo menos uma combinação de escalares diferente, cada combinação incluindo pelo menos um escalar utilizado para multiplicar pelo menos uma linha da matriz base para gerar uma matriz de direcionamento correspondente;

obter, na pluralidade de extensões de transmissão, R seqüências de símbolos recebidos por meio de R antenas de recepção, onde R é um número inteiro igual ou maior do que um; e

Petição 870180040184, de 14/05/2018, pág. 10/14 efetuar seqüências de matrizes de filtro
29. Método, caracterizado pelo direcionamento possui filtro espacial possui são números inteiros maiores
30. Equipamento processamento espacial símbolos recebidos com espacial para obter de acordo com fato de que N colunas, e em uma dimensão de de receptor nas R a pluralidade de símbolos detectados, a reivindicação 28, cada matriz de que cada matriz de N por R, onde N e R do que dois.

para efetuar processamento espacial de receptor em uma entidade receptora em um sistema de comunicação multi-antena sem fio, caracterizado pelo fato de que compreende:

meios para derivar uma pluralidade de matrizes de filtro espacial com base em uma estimativa de resposta de canal e uma pluralidade de matrizes de direcionamento, uma matriz de direcionamento para cada uma dentre uma pluralidade de extensões de transmissão, em que a pluralidade de matrizes de direcionamento é gerada com base em uma matriz base e pelo menos uma combinação de escalares diferente, cada combinação incluindo pelo menos um escalar utilizado para multiplicar pelo menos uma linha da matriz base para gerar uma matriz de direcionamento correspondente;

meios para obter, na pluralidade de extensões de transmissão, R seqüências de símbolos recebidos por meio de R antenas de recepção, onde R é um número inteiro igual ou maior do que um; e meios para efetuar processamento espacial de receptor nas R seqüências de símbolos recebidos com a pluralidade de matrizes de filtro espacial para obter símbolos detectados.
31. Equipamento, de acordo com a reivindicação 30, caracterizado pelo fato de que cada matriz de

Petição 870180040184, de 14/05/2018, pág. 11/14

8/8 direcionamento possui uma coluna, e em que cada matriz de filtro espacial possui uma dimensão de um por um.
32. Equipamento, de acordo com a reivindicação

30, caracterizado pelo fato de que cada matriz de

5 direcionamento possui N colunas, e em que cada matriz de filtro espacial possui uma dimensão de N por R, onde N e R são números inteiros maiores do que dois.

Petição 870180040184, de 14/05/2018, pág. 12/14

1/3

Ο ω

LU < £2 ο. ω

1 4

2/3