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BRPI0315536B1 - pilotos para sistemas de comunicação mimo - Google Patents

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BRPI0315536B1
BRPI0315536B1 BRPI0315536A BR0315536A BRPI0315536B1 BR PI0315536 B1 BRPI0315536 B1 BR PI0315536B1 BR PI0315536 A BRPI0315536 A BR PI0315536A BR 0315536 A BR0315536 A BR 0315536A BR PI0315536 B1 BRPI0315536 B1 BR PI0315536B1
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W Ketchum John
Wallace Mark
J Howard Steven
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Qualcomm Inc
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Abstract

"pilotos para sistemas de comunicação mimo". são descritos pilotos adequados para uso em sistemas mimo e capazes de suportar várias funções. os vários tipos de piloto incluem: um piloto sinalizador ou beacon, um piloto mimo, uma referência direcionada ou piloto direcionado e um piloto portador. o piloto sinalizador é transmitido a partir de todas as antenas de transmissão e pode ser usado para captação de timing e freqüência. o piloto mimo é transmitido a partir de todas as antenas de transmissão porém é coberto com diferentes códigos ortogonais designados para as antenas de transmissão. o piloto mimo pode ser usado para estimativa de canal. a referência direcionada é transmitida através de modos eigen específicos de um canal mimo e é específico para cada terminal de usuário. a referência direcionada pode ser usada para estimativa de canal. o piloto portador pode ser transmitido através de sub-bandas / antenas designadas e pode ser usado para seguimento de fase de um sinal portador. vários esquemas de transmissão de piloto podem ser desenvolvidos com base em diferentes combinações destes vários tipos de pilotos.

Description

"PILOTOS PARA SISTEMAS DE COMUNICAÇÃO MIMO" Este pedido reivindica a prioridade do Pedido Provisório U.S. N° de Série 60/421,309, intitulado "MIMO WLAN System", depositado em 25 de outubro de 2002, do Pedido N° de Série 60/421,462, intitulado "Channel Calibration for a Time Division Duplexed Communication System", depositado em 25 de outubro de 2002, do Pedido N° de Série 60/421,428, intitulado "Channel Estimation and Spatial Processing for TDD MIMO Systems", depositado em 25 de outubro de 2002, e do Pedido N° de Série 60/438,601, intitulado "Pilots for MIMO Communication Systems", depositado em 7 de janeiro de 2003, todos em nome da Requerente do presente pedido e aqui incorporados em sua totalidade por referência para todos os propósitos.
FUNDAMENTOS I. Campo A presente invenção está, de um modo geral, relacionada à comunicação de dados e, mais especificamente, a pilotos adequados para uso em sistemas de comunicação de múltiplas entradas e múltiplas saidas (MIMO). II. Fundamentos Um sistema MIMO emprega múltiplas antenas de transmissão (Nt) e múltiplas antenas de recepção (Nr) para transmissão de dados. Um canal MIMO formado pelas Nt antenas de transmissão e pelas Nr antenas de recepção pode ser decomposto em Ns canais independentes, os quais são também referidos como automodos, onde Ns ^ ιηίη{Ντ, Nr} . Cada um dos Ns canais independentes corresponde a uma dimensão. O sistema MIMO pode prover melhor desempenho (por exemplo, maior capacidade de transmissão e/ou maior confiabilidade) caso as dimensionalidades adicionais criadas pelas múltiplas antenas de transmissão e de recepção sejam utilizadas.
Em um sistema de comunicação sem fio, os dados a serem transmitidos são primeiramente modulados para um sinal de portadora de radiofreqüência (RF) para gerar um sinal modulado de RF que é mais adequado para transmissão através de um canal sem fio. Para um sistema MIMO, até Nt sinais modulados de RF podem ser gerados e transmitidos simultaneamente a partir das Nt antenas de transmissão. Os sinais modulados de RF transmitidos podem chegar às Nr antenas de recepção através de vários percursos de propagação no canal sem fio. As características dos percursos de propagação tipicamente variam ao longo do tempo devido a vários fatores tais como, por exemplo, desvanecimento, multipercurso e interferência externa. Consequentemente, os sinais modulados de RF transmitidos podem experimentar diferentes condições de canal (por exemplo, diferentes efeitos de desvanecimento e multipercurso) e podem estar associados a diferentes ganhos complexos e relações sinal/ruído (SNRs).
Para obter alto desempenho, é amiúde necessário caracterizar a resposta do canal sem fio. Por exemplo, a resposta de canal pode ser necessária para o transmissor para realizar processamento espacial (descrito abaixo) para transmissão de dados para o receptor. A resposta de canal pode também ser necessária para o receptor para realizar processamento espacial nos sinais recebidos para recuperar os dados transmitidos.
Em vários sistemas de comunicação sem fio, um piloto é transmitido pelo transmissor para auxiliar o receptor na realização de várias funções. 0 piloto é tipicamente gerado com base em símbolos conhecidos e processado de maneira conhecida. 0 piloto pode ser usado pelo receptor para estimativa de canal, aquisição de temporização e freqüência, demodulação de dados e assim por diante. Vários desafios são encontrados no projeto de uma estrutura de pilotos para um sistema MIMO. Como uma consideração, a estrutura de pilotos deve atender às dimensionalidades adicionais criadas pelas múltiplas antenas de transmissão e de recepção. Como outra consideração, uma vez que a transmissão do piloto representa overhead no sistema MIMO, é desejável minimizar a transmissão de pilotos na medida do possivel. Além disso, caso o sistema MIMO seja um sistema de acesso múltiplo que suporta a comunicação com múltiplos usuários, então a estrutura de pilotos deve ser projetada de modo que os pilotos necessários para suportar os múltiplos usuários não consumam uma porção considerável dos recursos de sistema disponíveis.
Existe, portanto, uma demanda, na técnica, por pilotos para sistemas MIMO que atendam às considerações acima.
SUMÁRIO São aqui providos pilotos adequados para uso em sistemas MIMO. Tais pilotos podem suportar várias funções que podem ser necessárias para a operação apropriada do sistema, tais como aquisição de temporização e freqüência, estimação de canal, calibragem e assim por diante. Os pilotos podem ser considerados como sendo de diferentes tipos que são projetados e usados para diferentes funções.
Os vários tipos de piloto podem incluir: um piloto sinalizador, um piloto MIMO, uma referência direcionada ou um piloto direcionado e um piloto de portadora. 0 piloto sinalizador é transmitido a partir de todas as antenas de transmissão e pode ser usado para aquisição de temporização e freqüência. 0 piloto MIMO é também transmitido a partir de todas as antenas de transmissão, porém é coberto com diferentes códigos ortogonais atribuídos para as antenas de transmissão. 0 piloto MIMO pode ser usado para estimação de canal. A referência direcionada é transmitida em automodos especificos de um canal MIMO e é especifica para terminal de usuário. A referência direcionada pode ser usada para estimação de canal e possivelmente para controle de taxa. 0 piloto de portadora pode ser transmitido em certas sub-bandas/antenas designadas e pode ser usado para rastreamento de fase de um sinal de portadora. Vários esquemas de transmissão de piloto podem ser desenvolvidos com base em diferentes combinações desses vários tipos de piloto. Por exemplo, no downlink, um ponto de acesso pode transmitir um piloto sinalizador, um piloto MIMO e um piloto de portadora para todos os terminais de usuário dentro de sua área de cobertura e pode opcionalmente transmitir uma referência direcionada para qualquer terminal de usuário ativo que esteja recebendo uma transmissão de downlink a partir do ponto de acesso. No uplink, um terminal de usuário pode transmitir um piloto MIMO para calibragem e pode transmitir uma referência direcionada e um piloto de portadora quando programado (por exemplo, para transmissões de dados no downlink e/ou uplink). 0 processamento para transmissão e recepção destes vários tipos de piloto será descrito em maiores detalhes abaixo. Vários aspectos e modalidades da invenção serão também descritos em maiores detalhes mais adiante.
BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS
As características e a natureza da presente invenção ficarão mais claros a partir da descrição detalhada apresentada abaixo, quando tomada em conjunto com os desenhos, nos quais referências numéricas similares identificam itens correspondentes e nos quais: A Figura 1 mostra um sistema MIMO de acesso múltiplo; A Figura 2 mostra uma estrutura de quadro exemplar para transmissão de dados em um sistema MIMO OFDM TDD; A Figura 3 mostra transmissões de piloto de downlink e uplink para um esquema de transmissão de piloto exemplar; A Figura 4 mostra um diagrama de blocos de um ponto de acesso e um terminal de usuário; A Figura 5 mostra um diagrama de blocos de um processador espacial TX que pode gerar um piloto sinalizador; A Figura 6A mostra um diagrama de blocos de um processador espacial TX que pode gerar um piloto MIMO; A Figura 6B mostra um diagrama de blocos de um processador espacial RX que pode prover uma estimativa de resposta de canal baseada em um piloto MIMO recebido; A Figura 7A mostra um diagrama de blocos de um processador espacial TX que pode gerar uma referência direcionada; e A Figura 7B mostra um diagrama de blocos de um processador espacial RX que pode prover uma estimativa de resposta de canal baseada em uma referência direcionada recebida.
DESCRIÇÃO DETALHADA 0 termo "exemplar" é aqui usado com o significado de "servindo como exemplo, caso, ou ilustração". Qualquer modalidade, ou projeto, aqui descrita como "exemplar" não deve ser necessariamente considerada como preferida ou vantajosa em relação a outras modalidades. A Figura 1 mostra um sistema MIMO de múltiplo acesso 100 que suporta vários usuários e é capaz de implementar os pilotos aqui descritos. O sistema MIMO 100 inclui vários pontos de acesso (APs) 110 que suportam a comunicação para vários terminais de usuário (UTs) 120. Por simplicidade, somente dois pontos de acesso 110a e 110b são mostrados na Figura 1. Um ponto de acesso é, de um modo geral, uma estação fixa que é usada para comunicação com os terminais de usuário. Um ponto de acesso pode também ser referido como uma estação base ou usando alguma outra terminologia.
Os terminais de usuário 120 podem estar dispersados por todo o sistema. Cada terminal de usuário pode ser um terminal fixo ou móvel que pode se comunicar com o ponto de acesso. Um terminal de usuário pode também ser referido como um terminal de acesso, uma estação móvel, uma estação remota, um equipamento de usuário (UE), um dispositivo sem fio, ou alguma outra terminologia. Cada terminal de usuário pode se comunicar com um ou possivelmente múltiplos pontos de acesso no downlink e/ou uplink em qualquer dado momento. O downlink (isto é, o link direto) refere-se à transmissão do ponto de acesso para o terminal de usuário e o uplink (isto é, o link reverso) refere-se à transmissão do terminal de usuário para o ponto de acesso. Como é aqui utilizado, um terminal de usuário "ativo" é aquele que está recebendo uma transmissão de downlink a partir de um ponto de acesso e/ou transmitindo uma transmissão de uplink para o ponto de acesso.
Na Figura 1, o ponto de acesso 110a se comunica com terminais de usuário 120a a 120f e o ponto de acesso 110b se comunica com os terminais de usuário 120f a 120k. A atribuição de terminais de usuário a pontos de acesso é tipicamente baseada na intensidade do sinal recebido e não na distância. Em qualquer dado momento, um terminal de usuário pode receber transmissão de downlink proveniente de um ou múltiplos pontos de acesso. Um controlador do sistema 130 se acopla aos pontos de acesso 110 e pode ser projetado para realizar várias funções tais como (1) coordenação e controle para os pontos de acesso acoplados ao mesmo, (2) roteamento de dados entre tais pontos de acesso e (3) acesso e controle da comunicação com os terminais de usuário servidos por tais pontos de acesso. I. Pilotos São aqui providos pilotos adequados para uso em sistemas MIMO,· tais como aquele mostrado na Figura 1. Tais pilotos podem suportar várias funções que podem ser necessárias para operação apropriada do sistema, tais como aquisição de temporízação e frequência, estimação de canal, calibragem e assim por diante. Os pilotos podem ser considerados como sendo de diferentes tipos, que são projetados e usados para diferentes funções. A Tabela 1 lista quatro tipos de piloto e uma curta descrição dos mesmos para um projeto de piloto exemplar. Podem também ser definidos menos tipos, tipos diferentes e/ou adicionais de piloto e isto se insere no escopo da invenção.
Tabela 1 - Tipos de Pilotos Referência direcionada e piloto direcionado são termos sinônimos. Vários esquemas de transmissão de piloto podem ser desenvolvidos com base em qualquer combinação desses vários tipos de piloto. Por exemplo, no downlink, um ponto de acesso pode transmitir um piloto sinalizador, um piloto MIMO e um piloto de portadora para todos os terminais de usuário dentro de sua área de cobertura e pode opcionalmente transmitir uma referência direcionada para qualquer terminal de usuário ativo que esteja recebendo uma transmissão de downlink a partir do ponto de acesso. No uplink, um terminal de usuário pode transmitir um piloto MIMO para calibragem e pode transmitir uma referência direcionada e um piloto de portadora quando programado (por exemplo, para transmissões de dados de downlink e/ou uplink). 0 processamento para transmissão e recepção desses vários tipos de piloto será descrito em maiores detalhes abaixo.
Os pilotos aqui descritos podem ser usados para vários tipos de sistemas MIMO. Por exemplo, os pilotos podem ser usados para (1) sistemas MIMO de portadora única, (2) sistemas MIMO multi-portadora que empregam multiplexação por divisão de freqüência ortogonal (OFDM) ou alguma outra técnica de modulação multi-portadora, (3) sistemas MIMO que implementam técnicas de acesso múltiplo, tais como acesso múltiplo por divisão de freqüência (FDMA), acesso múltiplo por divisão de tempo (TDMA) e acesso múltiplo por divisão de código (CDMA), (4) sistemas MIMO que implementam multiplexação por divisão de freqüência (FDM), multiplexação por divisão de tempo (TDM) e/ou multiplexação por divisão de código (CDM) para transmissão de dados, (5) sistemas MIMO que implementam duplexação por divisão de tempo (TDD), duplexação por divisão de freqüência (FDD) e/ou duplexação por divisão de código (CDD) para os canais de downlink e uplink e (6) outros tipos de sistemas MIMO. Por clareza, os pilotos serão descritos abaixo primeiro para um sistema MIMO que implementa OFDM (isto é, um sistema MIMO OFDM) e a seguir para um sistema MIMO OFDM TDD. A OFDM efetivamente particiona a largura de banda total do sistema em um número de (Nf) sub-bandas ortogonais, as quais são também designadas como tons, faixas de freqüência ou subcanais de freqüência. Com a OFDM, cada sub-banda é associada a uma respectiva subportadora na qual dados podem ser modulados. Para um sistema MIMO OFDM, cada sub-banda pode ser associada a vários automodos e cada automodo de cada sub-banda pode ser visto como um canal de transmissão independente.
Por clareza, uma estrutura de piloto especifica será descrita abaixo para um sistema MIMO OFDM exemplar. Em tal sistema MIMO OFDM, a largura de banda do sistema é particionada em 64 sub-bandas ortogonais (isto é, Nf = 64), às quais são atribuídos índices de -32 a +31. Destas 64 sub-bandas, 48 sub-bandas (por exemplo, com índices de ±{1, ..., 6, 8, ..., 20, 22, ..., 26}) podem ser usadas para transmissão de dados, 4 sub-bandas (por exemplo, com índices de ±{7, 21}) podem ser usadas para um piloto de portadora e possivelmente sinalização, a sub-banda DC (com índice 0) não é usada e as sub-bandas restantes também não são usadas e servem como sub-bandas de proteção ou de reserva. Dessa forma, das 64 sub-bandas totais, as 52 sub-bandas "usáveis" incluem as 48 sub-bandas de dados e 4 sub-bandas de piloto e as 12 sub-bandas restantes não são usadas. Tal estrutura de sub-banda OFDM está descrita em maiores detalhes no Pedido de Patente Provisório U.S. N° de Série 60/421,309 acima mencionado. Diferentes números de sub-bandas e outras estruturas de sub-bandas OFDM podem também ser implementados para o sistema MIMO OFDM e isto se insere no escopo da invenção.
Para a OFDM, os dados a serem transmitidos em cada sub-banda usável são primeiro modulados (isto é, mapeados por símbolos) usando-se um esquema de modulação específico (por exemplo, BPSK, QPSK, ou M-QAM) selecionado para uso para tal sub-banda. Um símbolo de modulação pode ser transmitido em cada sub-banda usável, em cada período de símbolo. Cada símbolo de modulação é um valor complexo para um ponto específico em uma constelação de sinais correspondente ao esquema de modulação selecionado. Valores de sinal zero podem ser enviados nas sub-bandas não usadas. Para cada período de símbolo OFDM, os símbolos de modulação para as sub-bandas usáveis e valores de sinal zero para as sub-bandas não usadas (isto é, os símbolos de modulação e zeros para todas as Nf sub-bandas) são transformados para o domínio de tempo usando-se uma transformada de Fourier rápida inversa (IFFT) para obter um símbolo transformado que compreende Nf amostras no domínio de tempo. Para combater a interferência entre símbolos (ISI), uma porção de cada símbolo transformado é amiúde repetida (o que é também referido como adição de um prefixo cíclico) para formar um símbolo OFDM correspondente, o qual é a seguir transmitido através do canal sem fio. Um período de símbolo OFDM, que é também aqui referido como um período de símbolo, corresponde à duração de um símbolo OFDM. 1. Piloto Sinalizador 0 piloto sinalizador inclui um conjunto específico de símbolos de piloto que é transmitido a partir de cada uma das Nt antenas de transmissão. 0 mesmo conjunto de símbolos de piloto é transmitido para Nb períodos de símbolos designados para transmissão de piloto sinalizador. De um modo geral, Nb pode ser qualquer valor inteiro igual a um ou maior.
Em uma modalidade exemplar, o conjunto de símbolos de piloto para o piloto sinalizador é um conjunto de 12 símbolos de modulação BPSK para 12 sub-bandas específicas, o qual é referido como um símbolo OFDM "B". Os 12 símbolos de modulação BPSK para o símbolo OFDM B são dados na Tabela 2. Valores de sinal zero são transmitidos através das 52 sub-bandas restantes não utilizadas.
Tabela 2 - Símbolos de Piloto Para a modalidade exemplar, e como apresentado na Tabela 2, para o piloto sinalizador, o símbolo de modulação BPSK (1 + j) é transmitido nas sub-bandas 24, -16, -4, 12, 16, 20 e 24, enquanto o símbolo de modulação BPSK -{1 + j} é transmitido nas sub-bandas -20, -12, -8, 4 e 8. Valores de sinal zero sào transmitidos nas 52 sub-bandas restantes para o piloto sinalizador. O símbolo OFDM B é projetado para facilitar a aquisição de temporizaçao e freqüêncía do sistema pelos terminais de usuário. Para a modalidade exemplar do símbolo OFDM B acima descrita, somente 12 das 64 sub-bandas totais são usadas e tais sub-bandas são espaçadas por quatro sub-bandas. Tal espaçamento de quatro sub-bandas permite que o terminal de usuário tenha um erro de freqüêncía inicial de até duas sub-bandas. O piloto sinalizador permite ao terminal de usuário corrigir seu erro de freqüêncía grosseiro inicial e corrigir sua freqüência de modo que a variação de fase pela duração do piloto sinalizador seja pequena (por exemplo, menos de 45 graus pela duração do piloto sinalizador em uma taxa de amostra de 20 MHz). Caso a duração do piloto sinalizador seja de 8 ps, então os 45 graus (ou menos) de variação de fase durante 8 ps são iguais a 3 60 graus durante 64 ps, o que é aproximadamente 16 kHz. O erro de freqüência de 16 kHz é tipicamente muito grande para operação. Uma correção de freqüência adicional pode ser obtida usando-se o piloto MIMO e o piloto de portadora. Tais pilotos abrangem uma duração de tempo longa o suficiente para que a freqüência do terminal de usuário possa ser corrigida para dentro da meta desejada (por exemplo, 250 Hz). Por exemplo, caso um quadro TDD seja de 2 ms (tal como descrito abaixo) e caso a freqüência do terminal de usuário seja precisa até 250 Hz, então ocorrerá menos que meio ciclo de mudança de fase durante um quadro TDD. A diferença de fase de quadro TDD para quadro TDD do piloto sinalizador pode ser usada para travar a freqüência do terminal de usuário ao relógio no ponto de acesso, desse modo, reduzindo efetivamente o erro de freqüência para zero.
Em geral, o conjunto de simbolos de piloto usado para o piloto sinalizador pode ser derivado usando-se qualquer esquema de modulação. Dessa forma, outros simbolos OFDM derivados usando-se BPSK ou algum outro esquema de modulação podem também ser usados para o piloto sinalizador e isto se insere no escopo da invenção.
Em um projeto exemplar, quatro antenas de transmissão estão disponíveis para a transmissão do piloto sinalizador. A Tabela 4 lista os símbolos OFDM a serem transmitidos a partir de cada uma das quatro antenas de transmissão para uma transmissão de piloto sinalizador que abrange dois períodos de símbolos.
Tabela 3 - Piloto Sinalizador 2. Piloto MIMO 0 piloto MIMO inclui um conjunto especifico de símbolos de piloto que é transmitido a partir de cada uma das Nt antenas de transmissão. Para cada antena de transmissão, o mesmo conjunto de símbolos de piloto é transmitido para Np períodos de símbolo designados para transmissão do piloto MIMO. No entanto, o conjunto de símbolos de piloto para cada antena de transmissão é "coberto" com uma seqüência ou código ortogónal exclusiva atribuída àquela antena. A cobertura é um processo pelo qual um dado símbolo de piloto ou dados {ou um conjunto de L símbolos de piloto/dados com o mesmo valor) a ser transmitido é multiplicado por todos os L chips de uma seqüência ortogonal de L chips para obter L símbolos cobertos, os quais são então transmitidos. A descobertura é um processo complementar pelo qual símbolos recebidos são multiplicados pelos L chips da mesma seqüência ortogonal de L chips para obter L símbolos descobertos, que são então acumulados para obter uma estimativa do símbolo de piloto ou dados transmitido. A cobertura propicia ortogonalidade entre as Nt transmissões de piloto a partir das Nt antenas de transmissão e permite a um receptor distinguir as antenas de transmissão individuais, como descrito abaixo, A duração da transmissão do piloto MIMO pode ser dependente de seu uso, como descrito abaixo. Em geral, N? pode ser qualquer valor inteiro igual ou maior que um.
Um conjunto ou diferentes conjuntos de símbolos de piloto podem ser usados para as Nt antenas de transmissão. Em uma modalidade exemplar, um conjunto de símbolos de piloto é usado para todas as Nt antenas de transmissão para o piloto MIMO e tal conjunto inclui 52 símbolos de modulação QPSK para as 52 sub-bandas usáveis, o que é referido como um símbolo OFDM "P". Os 52 símbolos de modulação QPSK para o símbolo OFDM P são dados na Tabela 2. Valores de sinal zero são transmitidos através das 12 sub-bandas não usadas restantes.
Os 52 símbolos de modulação QPSK formam uma "palavra" exclusiva que é designada para facilitar a estimação de canal pelos terminais de usuário. Tal palavra exclusiva é selecionada de modo a possuir uma variação mínima de pico para média em uma forma de onda gerada com base em tais 52 símbolos de modulação. É bem conhecido que a OFDM está geralmente associada à maior variação de pico para média na forma de onda transmitida do que algumas outras técnicas de modulação (por exemplo, CDMA). Como resultado, para evitar corte de circuitos (por exemplo, amplificador de potência) na cadeia de transmissão, os símbolos OFDM são tipicamente transmitidos em um nível de potência reduzido, isto é, que sofreu backoff em relação ao nível de potência de transmissão de pico. 0 backoff é usado para compensar variações na forma de onda para tais símbolos OFDM. Pela minimização da variação de pico para média na forma de onda para o símbolo OFDM P, o piloto MIMO pode ser transmitido em um nível de potência mais alto (isto é, um backoff menor pode ser aplicado para o piloto MIMO) . A potência de transmissão mais alta para o piloto MIMO iria então resultar em melhor qualidade do sinal recebido para o piloto MIMO no receptor. A menor variação de pico para média pode também reduzir a quantidade de distorção e não linearidade gerada pelos circuitos nas cadeias de transmissão e recepção. Esses vários fatores podem resultar em melhor precisão para uma estimativa de canal obtida com base no piloto MIMO.
Um símbolo OFDM com variação de pico para média mínima pode ser obtido de várias maneiras. Por exemplo, uma pesquisa aleatória pode ser efetuada na qual um grande número de conjuntos de símbolos de piloto são aleatoriamente formados e avaliados para encontrar o conjunto que possui a variação de pico para média mínima. 0 símbolo OFDM P mostrado na Tabela 2 representa um símbolo OFDM exemplar que pode ser usado para o piloto MIMO. Em geral, o conjunto de símbolos de piloto usado para o piloto MIMO pode ser derivado usando-se qualquer esquema de modulação. Dessa forma, vários outros símbolos OFDM derivados usando-se QPSK ou algum outro esquema de modulação podem também ser usados para o piloto MIMO e isto se insere no escopo da invenção. Vários códigos ortogonais podem ser usados para realizar cobertura nos símbolos OFDM P enviados através das Nt antenas de transmissão. Exemplos de tais códigos ortogonais incluem códigos Walsh e códigos de fator de espalhamento variável ortogonal (OVSF). Códigos pseudo ortogonais e códigos quase ortogonais também podem ser usados para realizar cobertura nos símbolos OFDM P. Um exemplo de um código pseudo ortogonal é a seqüência M que é bem conhecida pelos técnicos na área. Um exemplo de um código quase ortogonal é a função quase ortogonal (QOF) definida pelo IS-2000. Em geral, vários tipos de códigos podem ser usados para cobertura, alguns dos quais foram acima mencionados. Por simplicidade, o termo "código ortogonal" é aqui utilizado para fazer referência genericamente a qualquer tipo de código adequado para uso para cobertura de símbolos de piloto. 0 comprimento (L) do código ortogonal é selecionado de modo a ser maior ou igual ao número de antenas de transmissão (por exemplo, L á Nt) e L códigos octogonais estão disponíveis para uso, A cada antena de transmissão é atribuído um código octogonal exclusivo. Os Np símbolos OFDM P a serem enviados em NP períodos de símbolos a partir de cada antena de transmissão sao cobertos com o código ortogonal atribuído a tal antena de transmissão.
Em uma modalidade exemplar, quatro antenas de transmissão estão disponíveis e às quais são atribuídas seqüências Walsh de 4 chips de Wi = 1111, Wz = 1010, W3 = 1100 e W-ι = 1001 para o piloto MIMO. Para uma dada seqüência Walsh, um valor "1" indica que um símbolo OFDM P é transmitido e um valor "0" indica que um símbolo OFDM -P é transmitido. Para um símbolo OFDM -P, cada um dos 52 símbolos de modulação QPSK no símbolo OFDM P é invertido (isto é, multiplicado por -1). O resultado da cobertura para cada antena de transmissão é uma seqüência de símbolos OFDM P cobertos para tal antena de transmissão. A cobertura é, na realidade, efetuada separadamente para cada uma das sub-bandas para gerar uma seqüência de símbolos de piloto cobertos para tal sub-banda. As seqüências de símbolos de piloto cobertos para todas as sub-bandas formam a seqüência de símbolos OFDM P cobertos - A Tabela 4 lista os símbolos OFDM a serem transmitidos a partir de cada uma das quatro antenas de transmissão para uma transmissão de piloto MIMO que abrange quatro períodos de símbolos.
Tabela 4 - Piloto MIMO
Para tal conjunto de seqüências Walsh de 4 chips, a transmissão do piloto MIMO pode ocorrer em um múltiplo inteiro de quatro períodos de símbolos para assegurar ortogonalidade entre as quatro transmissões de piloto a partir das quatro antenas de transmissão. A seqüência Walsh é simplesmente repetida para uma transmissão de piloto MIMO que seja mais longa que o comprimento da seqüência Walsh. 0 canal sem fio para o sistema MIMO OFDM pode ser caracterizado por um conjunto de matrizes de resposta de canal H(k), para o índice de sub-banda k e K, onde K = ±{1 ... 26} para a estrutura de sub-banda exemplar acima descrita. A matriz H(k) para cada sub-banda inclui NtNr valores, {h±,j(k)}, para i e {1 ... Nr} e j e {1 ... Nt}, em que h±,j (k) representa o ganho de canal entre a jésima antena de transmissão e a iésima antena de recepção. 0 piloto MIMO pode ser usado pelo receptor para estimar a resposta do canal sem fio. Em particular, para recuperar o piloto enviado a partir da antena j e recebido pela antena de recepção i, os símbolos OFDM recebidos na antena i são primeiro multiplicados pela seqüência Walsh atribuída à antena de transmissão j . Os símbolos OFDM "descobertos" para todos os Np períodos de símbolos para o piloto MIMO são a seguir acumulados, onde a acumulação pode ser efetuada individualmente para cada uma das 52 sub-bandas usáveis. A acumulação pode também ser efetuada no domínio do tempo nos símbolos OFDM recebidos (após a remoção do prefixo cíclico em cada símbolo OFDM). A acumulação é efetuada em uma base de amostra a amostra por múltiplos símbolos OFDM recebidos, onde as amostras para cada símbolo OFDM correspondem a diferentes sub-bandas caso a acumulação seja efetuada após a FFT e para diferentes índices de tempo caso a acumulação seja efetuada antes da FFT. 0 resultado da acumulação é (hi,j(k) } para k e K, que são estimativas da resposta de canal da antena de transmissão j para a antena de recepção i para as 52 sub-bandas usáveis. 0 mesmo processamento pode ser efetuado para estimar a resposta de canal de cada antena de transmissão para cada antena de recepção. 0 processamento do piloto provê NtNr valores complexos para cada sub-banda, onde os valores complexos são elementos da matriz H(k) para a estimativa de resposta de canal para tal sub-banda. 0 processamento de piloto acima descrito pode ser efetuado pelo ponto de acesso para obter a estimativa de resposta de canal HUp(k) para o uplink e pode também ser efetuado pelo terminal de usuário obter a estimativa de resposta de canal Hdn(k) para o downlink. 3. Referência Direcionada ou Piloto Direcionado Para um sistema MIMO OFDM, a matriz de resposta de canal H(k) para cada sub-banda pode ser "diagonalizada" para obter os Ns automodos para tal sub-banda, em que Ns ^ min{NT, Nr}. Isto pode ser conseguido efetuando-se ou a decomposição de valor singular na matriz de resposta de canal H(k) ou a decomposição de autovalor na matriz de correlação de H(k), a qual é R(k) = HH(k)H(k). Por clareza, a decomposição de valor singular será usada para a descrição que se segue. A decomposição de valor singular da matriz de resposta de canal H(k) pode ser expressa como: Eq(1) onde U(k) é uma matriz unitária (Nr x Nr) de autovetores esquerdos de H(k); E(k) é uma matriz diagonal (Nr x Nt) de valores singulares de H(k); V(k) é uma matriz unitária (Nt x Nt) de autovetores direitos de H(k); e "H" denota a transposição conjugada.
Uma matriz unitária M é caracterizada pela propriedade MHM = I_, onde 1^ é a matriz identidade. A decomposição de valor singular está descrita em maiores detalhes por Gilbert Strang em um livro intitulado "Linear Álgebra and its Applications", Segunda Edição, Academic Press, 1980. Um automodo normalmente se refere a uma construção teórica. O canal MIMO pode também ser visto como incluindo Ns canais espaciais que podem ser usados para transmissão de dados/piloto. Cada canal espacial pode ou não corresponder a um automodo, dependendo de se o processamento espacial no transmissor foi bem sucedido ou não na diagonalização do canal MIMO. Por exemplo, fluxos de dados são transmitidos em canais espaciais (e não automodos) de um canal MIMO caso o transmissor não tenha qualquer conhecimento ou uma estimativa imperfeita do canal MIMO. Por simplicidade, o termo "automodo" é também usado aqui para denotar o caso onde uma tentativa é feita para diagonalizar o canal MIMO, mesmo que ela possa não ser totalmente bem sucedida, devido, por exemplo, a uma estimativa de canal imperfeita. A matriz diagonal E(k) para cada sub-banda contém valores reais não negativos ao longo da diagonal e zeros em todos os outros locais. Tais entradas diagonais são referidas como os valores singulares de H(k) e representam os ganhos para os canais independentes (ou automodos) do canal MIMO para a késima sub-banda. A decomposição de autovalor pode ser efetuada independentemente para a matriz de resposta de canal H(k) para cada uma das 52 sub-bandas usáveis para determinar os Ns automodos para a sub-banda. Os valores singulares para cada matriz diagonal E(k) podem ser ordenados de modo que {ai(k) ^ a2(k) ^ ... ^ aNs(k)}, onde ai(k) é o maior valor singular, G2(k) é o segundo maior valor singular e assim por diante e ctns (k) é o menor valor singular para a késima sub-banda. Quando os valores singulares para cada matriz diagonal E(k) são ordenados, os autovetores (ou colunas) das matrizes associadas U(k) e V(k) são também, por conseguinte, ordenados. Após a ordenação, ai(k) representa o valor singular para o melhor automodo para a sub-banda k, o qual é também amiúde referido como o automodo "principal".
Um automodo de "banda larga" pode ser definido como o conjunto de automodos de mesma ordem de todas as sub-bandas após a ordenação. Dessa forma, o mésimo automodo de banda larga inclui o mésimo automodo de todas as sub-bandas. Cada automodo de banda larga está associado a um respectivo conjunto de autovetores para todas as sub-bandas. 0 automodo de banda larga "principal" é aquele associado ao maior valor singular em cada matriz Z(k) de cada sub-banda após a ordenação. A matriz V(k) inclui Nt autovetores que podem ser usados para o processamento espacial no transmissor, onde V(k) = [vi(k) V2(k) . . . vn (k)] e vm(k) é a mésima coluna de V(k), que é o autovetor para o mésimo automodo. Para uma matriz unitária, os autovetores são ortogonais uns aos outros. Os autovetores são também referidos como vetores de "direcionamento".
Uma referência direcionada (isto é, um piloto direcionado) compreende um ou mais conjuntos de simbolos de piloto que são transmitidos a partir das Nt antenas de transmissão. Em uma modalidade, um conjunto de simbolos de piloto é transmitido em um conjunto de sub-bandas para um automodo de banda larga em um dado periodo de simbolo efetuando-se o processamento espacial com um conjunto de vetores de direcionamento para tal automodo de banda larga. Em outra modalidade, múltiplos conjuntos de simbolos de piloto são transmitidos em múltiplos conjuntos desarticulados de sub-bandas para múltiplos automodos de banda larga em um dado período de símbolo efetuando-se o processamento espacial com múltiplos conjuntos de vetores de direcionamento para tais automodos de banda larga (usando-se multiplexação de sub-banda, o que será descrito mais adiante). Por clareza, a descrição que se segue presume que um conjunto de simbolos de piloto é transmitido em um automodo de banda larga em um dado periodo de simbolo (isto é, sem multiplexação de sub-banda).
Em uma modalidade, o conjunto de simbolos de piloto para a referência direcionada é o mesmo simbolo OFDM P usado para o piloto MIMO. No entanto, vários outros simbolos OFDM podem também ser usados para a referência direcionada e isto se insere no escopo da invenção.
Uma referência direcionada transmitida para o mésimo automodo de banda larga (usando formação de feixe, o que será descrito mais adiante) pode ser expressa como: Eq (2) onde Xm(k) é um vetor de transmissão (Nt x 1) para o mésimo automodo da késima sub-banda; vm(k) é o vetor de direcionamento para o mésimo automodo da késima sub-banda; e p(k) é o simbolo de piloto para a késima sub-banda (por exemplo, como dado na Tabela 2). 0 vetor Xm(k) inclui Nt simbolos de transmissão a serem enviados a partir das Nt antenas de transmissão para a késima sub-banda. A referência direcionada pode ser usada pelo receptor para estimar um vetor que pode ser usado para processamento espacial de ambas a recepção e a transmissão de dados, como descrito abaixo. 0 processamento para a referência direcionada é descrito em maiores detalhes abaixo. 4. Piloto de Portadora A estrutura de sub-banda OFDM exemplar acima descrita inclui quatro sub-bandas de piloto com índices -1, -7, 7 e 21. Em uma modalidade, um piloto de portadora é transmitido nas quatro sub-bandas de piloto em todos os períodos de símbolos que não são usados para alguns outros tipos de piloto. 0 piloto de portadora pode ser usado pelo receptor para rastrear as mudanças na fase de um sinal de portadora RF e variações nos osciladores de ambos o transmissor e o receptor. Isto pode prover melhor desempenho de demodulação de dados.
Em uma modalidade, o piloto de portadora compreende quatro seqüências de piloto, Pci (n) , PC2 (n) , Pc3 (n) e PC4 (n) , que são transmitidas nas quatro sub-bandas de piloto. Em uma modalidade, as quatro seqüências de piloto são definidas como a seguir: Eq (3) onde n é um índice para o período de símbolo (ou símbolo OFDM).
As seqüências de piloto podem ser definidas com base em várias seqüências de dados. Em uma modalidade, a seqüência de piloto Pci (n) é gerada com base em um polinômio G(x) = x7 + x4 + x, onde o estado inicial é ajustado para todo os uns e os bits de saída são mapeados para valores de sinal como a seguir: 1-^-1 eO-^1. A seqüência de piloto Pci (n), para n = {1, 2, ..., 127}, pode então ser expressada como: PCM)= {1,1,1,1,-1,-1,-1,1,-1,-1,-1,-1,1,1,-1,1,-1,-1,1,1,-1,1,1,-1,1,1.1,1,1,1.-1,1, 1,1 ,-1,1,1 ,-1 ,-1,1,1,1 ,-1,1 ,-1 ,-1 ,-1,1,-1,1,-1 ,-1,1 ,-1 ,-1,1,1,1,1,1 ,1 ,-|, -1 ,-1,1,-1,1 ,-1,1,1,-1 ,-1 ,-1,1,1 ,-1 ,-1 ,-1 ,-1,1 ,-1 ,-1,1,-1,1,1,1,1 ,-1,1 ,-1,1 ,1,1, -1 ,-1 ,-1 ,-1 ,-1,1 ,-1,1,1 ,-1,1 ,-1,1,1,1 ,-1 ,-1,1 ,-1 ,-1 ,-1,1,1,1,-1 ,-1 ,-1 ,-1 ,-1 ,-1, 1}· Os valores "1" e " -1" na sequência de piloto Pc:t (n) podem ser mapeados por símbolos de piloto usando um esquema de modulação específico. Por exemplo, usando ΒΡΞΚ, um "1" pode ser mapeado para 1 + j e um " -1" pode ser mapeado para -(1 + j). Caso existam mais do que 127 símbolos QfDM, então a sequência de piloto pode ser repetida de modo que Pci (n) = Pc; (n mod 127) para n > 12 7.
Em uma modalidade, as quatro seqüêncías de piloto Pci(n), P.-2 (n) , Pc3<n) e Pc-> (n) são transmitidas através de quatro pares diferentes de sub-banda/antena. A Tabela 5 mostra uma atribuição exemplar das quatro sequências de piloto para as quatro sub-bandas de piloto e quatro antenas de transmissão.
Tabela 5 - Piloto de Portadora Como mostrado na Tabela 5, a sequência de piloto Pci (n) é transmitida na sub-banda -21 da antena 1, a seqüência de piloto P(n) é transmitida na sub-banda -7 da antena 2, a seqüência de piloto PC3Ín) é transmitida na sub-banda 7 da antena 3 e a seqüência de piloto PC4 (n) é transmitida na sub-banda 21 da antena 4. Cada seqüência de piloto é, portanto, transmitida em uma sub-banda exclusiva e uma antena exclusiva. Tal esquema de transmissão de piloto de portadora evita a interferência que iria resultar caso uma seqüência de piloto fosse transmitida através de múltiplas antenas de transmissão em uma dada sub-banda.
Em outra modalidade, as quatro seqüências de piloto são transmitidas no automodo principal de suas sub-bandas atribuídas. O processamento espacial para os símbolos de piloto de portadora é similar ao processamento espacial para a referência direcionada, que foi descrito acima e mostrado na equação (2) . Para transmitir o piloto de portadora no automodo principal, o vetor de direcionamento vi (k) ê usado para o processamento espacial. Dessa forma, a seqüência de piloto Pci (n) é processada espacialmente com o vetor de direcionamento vi(-26) , a seqüência de piloto PC2 (n) é processada espacialmente com o vetor de direcionamento vi (-?) , a seqüência de piloto PC3(n) ê processada espacialmente com o vetor de direcionamento vi (7) e a seqüência de piloto· Pc-dn) é processada espacialmente com o vetor de direcionamento v; (26) . II. Pilotos para Sistemas MIMO de Portadora Única Os pilotos aqui descritos podem também ser usados para sistemas MIMO de portadora única que não empregam GFDM. Em tal caso, muito da descrição acima ainda se aplica, porém sem o índice de sub-banda k. Para o piloto sinalizador, um símbolo de modulação de piloto especifico b pode ser transmitido a partir de cada uma das Nt antenas de transmissão. Para o piloto MIMO, um símbolo de modulação de piloto específico p pode ser coberto com Wt seqüências ortogonais e transmitido a partir das N™ antenas de transmissão. 0 símbolo de piloto b pode ser o mesmo ou diferente do símbolo de piloto p. A referência direcionada pode ser transmitida como mostrado na equação (2), No entanto, o vetor de transmissão &, o vetor de direcionamento w e o símbolo de piloto p não são funções do índice de sub-banda k. 0 piloto de portadora pode ser transmitido de uma maneira multiplexada por divisão de tempo ou pode simplesmente ser omitido.
Para um sistema MIMO OFDM, o prefixo cíclico é tipicamente usado para assegurar ortogonalidade através das sub-bandas na presença de espalhamento de retardo no sistema, e os códigos ortogonais permitem a identificação das antenas de transmissão individuais. Para ura sistema MIMO de portadora única, os códigos ortogonais são usados para ortogonalidade e identificação de antena. Dessa forma, os códigos ortogonais usados para realizar cobertura nos símbolos de piloto em um sistema MIMO de portadora única podem ser selecionados de modo a possuírem boas propriedades de correlação cruzada e de pico para lobo lateral (isto é, a correlação entre quaisquer duas seqüências ortogonais usadas para cobertura é pequena na presença de espalhamento de retardo no sistema). Um exemplo de tal código ortogonal com boas propriedades de correlação cruzada e de pico para lobo lateral é a seqüência M e suas versões deslocadas no tempo. No entanto, outros tipos de códigos podem também ser usados para realizar cobertura em símbolos de piloto para o sistema MIMO de portadora única.
Para um sistema MIMO de portadora única de banda larga, a referência direcionada pode ser transmitida de várias maneiras para compensar o desvanecimento seletivo de freqüência (isto é, uma resposta de freqüência que não é plana através da banda operacional). Vários esquemas para transmissão de uma referência direcionada em um sistema MIMO de portadora única de banda larga serão descritos abaixo. Em geral, um transmissor pode transmitir uma forma de onda de referência que é processada de maneira igual ou similar ao processamento usado para transmissão de dados de tráfego em automodos de banda larga específicos. 0 receptor pode então correlacionar, de alguma maneira, a forma de onda recebida contra uma cópia gerada localmente da forma de onda de referência transmitida e extrair informações a respeito do canal que permita que o receptor estime um filtro casado de canal.
Em um primeiro esquema, um transmissor inicialmente obtém um vetor de direcionamento vm(k) para um automodo. 0 vetor de direcionamento vm(k) pode ser obtido pela transmissão periódica de símbolos de piloto OFDM, efetuando-se análise no domínio da freqüência em um piloto MIMO recebido que foi transmitido sem OFDM, ou por algum outro meio. Para cada valor de k, onde 1 < k ^ Nf, vm(k) é um vetor Nt com Nt entradas para Nt antenas de transmissão. 0 transmissor, a seguir, efetua uma transformada de Fourier rápida inversa em cada uma das Nt posições de vetor do vetor de direcionamento vm(k), com k sendo a variável de freqüência na computação da IFFT, para obter um pulso correspondente no domínio do tempo para uma antena de transmissão associada. Cada posição de vetor do vetor vm(k) inclui Nf valores para Nf sub-bandas de freqüência, e o pulso no domínio do tempo correspondente é uma seqüência de Nf valores no domínio do tempo. 0 terminal, a seguir, anexa um prefixo cíclico a tal pulso no domínio do tempo para obter um pulso de referência direcionada para a antena de transmissão. Um conjunto de Nt pulsos de referência direcionada é gerado para cada automodo e pode ser transmitido no mesmo intervalo de tempo a partir de todas as Nt antenas de transmissão. Múltiplos conjuntos de pulsos podem ser gerados para múltiplos automodos e podem ser transmitidos de uma maneira TDM.
Para o primeiro esquema, um receptor amostra o sinal recebido para obter um vetor recebido rm(n), remove o prefixo cíclico e efetua uma transformada de Fourier rápida em cada posição de vetor do vetor recebido rm(n) para obter uma estimativa de uma entrada correspondente de H(k)vm(k). Cada posição de vetor do vetor recebido rm(n) (após a remoção do prefixo cíclico) inclui Nf amostras no domínio do tempo. 0 receptor, a seguir, usa a estimativa de H(k)vm(k) para sintetizar um filtro casado no domínio do tempo que possa ser usado para filtrar uma transmissão de dados recebida. 0 filtro casado no domínio do tempo inclui um pulso de filtro casado para cada uma das antenas de recepção. A síntese do filtro casado no domínio do tempo está descrita no Pedido de Patente U.S. N° de Série 10/017,308, da Requerente, intitulado "Time-Domain Transmit and Receive Processing wi th Channel Eigen-Mode Decomposition for MIMO Systems"', depositado em 7 de dezembro de 2001.
Para o primeiro esquema, o processamento no transmissor para a referência direcionada em ura sistema MIMO de portadora única é similar ao processamento no transmissor para a referência direcionada em um sistema MIMO OFDM. No entanto, outras transmissões após a referência direcionada são transmitidas em uma forma de onda de portadora única, tal como aquela descrita no Pedido de Patente U. S. N2 de Série 10/017,308 acima mencionado. Além disso, o receptor usa a referência direcionada para sintetizar filtros compatíveis no domínio do tempo, como acima descrito.
Em um segundo esquema, um transmissor isola uma única componente de mui tipercurso para o canal de banda larga. Isto pode ser conseguido, por exemplo, pesquisando-se um piloto MIMO recebido com um correlacionador móvel de maneira similar a que é frequentemente efetuada em sistemas CDMA para pesquisar componentes de multipercurso. O transmissor, a seguir, trata tal componente de multipercurso como um canal de banda estreita e obtém um único vetor de direcionamento yre para a componente de multipercurso para cada automodo. Novamente, múltiplos vetores de direcionamento podem ser gerados para múltiplos automodos para tal componente de multipercurso.
III. Estrutura de Piloto para um Sistema MIMO OFDM TDD.
Os pilotos aqui descritos podem ser usados para vários sistemas MIMO e MIMO OFDM. Tais pilotos podem ser usados para sistemas que usam bandas de frequência comum ou separadas para o downlink e o uplink. Por clareza, será abaixo descrita uma estrutura de piloto exemplar para um sistema MIMO OFDM exemplar. Para tal sistema MIMO OFDM, o downlink e o uplink são duplexados por divisão de tempo (TDD) em uma única banda de freqüência. A Figura 2 mostra uma modalidade de uma estrutura de quadro 200 que pode ser usada para um sistema TDD MIMO OFDM. A transmissão de dados ocorre em unidades de quadros TDD, cada um dos quais abrange uma duração de tempo especifica (por exemplo, 2 ms) . Cada quadro TDD é particionado em uma fase de downlink e uma fase de uplink. A fase de downlink é adicionalmente particionada em múltiplos segmentos para múltiplos canais de transporte do downlink. Na modalidade mostrada na Figura 2, os canais de transporte de downlink incluem um canal de broadcast (BCH), um canal de controle direto (FCCH) e um canal direto (FCH). De forma similar, a fase de uplink é particionada em múltiplos segmentos para múltiplos canais de transporte de uplink. Na modalidade mostrada na Figura 2, os canais de transporte de uplink incluem um canal reverso (RCH) e um canal de acesso aleatório (RACH).
No downlink, um segmento BCH 210 é usado para transmitir uma unidade de dados de protocolo (PDU) BCH 212, a qual inclui uma porção 214 para um piloto sinalizador, uma porção 216 para um piloto MIMO e uma porção 218 para uma mensagem BCH. A mensagem BCH porta parâmetros de sistema para os terminais de usuário no sistema. Um segmento FCCH 220 é usado para transmitir uma PDU FCCH, que porta atribuições para recursos de downlink e uplink e outras sinalizações para os terminais de usuário. Um segmento FCH 230 é usado para transmitir uma ou mais PDUs FCH 232. Diferentes tipos de PDU FCH podem ser definidos. Por exemplo, uma PDU FCH 232a inclui uma porção 234a para um piloto e uma porção 236a para um pacote de dados. Uma PDU FCH 232b inclui uma única porção 236b para um pacote de dados. Uma PDU FCH 232c inclui uma única porção 234c para um piloto.
No uplink, um segmento RCH 240 é usado para transmitir uma ou mais PDUs RCH 242 no uplink. Diferentes tipos de PDU RCH também podem ser definidos. Por exemplo, uma PDU RCH 242a inclui uma única porção 246a para um pacote de dados. Uma PDU RCH 242b inclui uma porção 244b para um piloto e uma porção 246b para um pacote de dados. Uma PDU RCH 242c inclui uma única porção 244c para um piloto. Um segmento RACH 250 é usado pelos terminais de usuário para obter acesso ao sistema e enviar mensagens curtas no uplink. Uma PDU RACH 252 pode ser enviada dentro do segmento RACH 250 e inclui uma porção 254 para um piloto e uma porção 256 para uma mensagem.
Para a modalidade mostrada na Figura 2, os pilotos sinalizador e MIMO são enviados no downlink em cada quadro TDD no segmento BCH. Um piloto pode ou não ser enviado em qualquer dada PDU FCH ou RCH. Caso o piloto seja enviado, então ele pode abranger a totalidade ou apenas uma porção da PDU, como mostrado na Figura 2. Um piloto é enviado em uma PDU RACH para permitir que o ponto de acesso estime vetores pertinentes durante o acesso. A porção de piloto é também referida como um "preâmbulo". O piloto que é enviado em qualquer dada PDU FCH/RCH pode ser uma referência direcionada ou um piloto MIMO, dependendo do propósito para o qual o piloto é usado. O piloto enviado em uma PDU RACH é tipicamente uma referência direcionada, apesar de um piloto MIMO poder também ser enviado em seu lugar. O piloto de portadora é transmitido nas sub-bandas de piloto e nas porções que não são usadas para outras transmissões de piloto. O piloto de portadora não é mostrado na Figura 2 por simplicidade. As durações das várias porções na Figura 2 não estão em escala. A estrutura de quadro e os canais de transporte mostrados na Figura 2 são descritos em detalhes no Pedido de Patente Provisório U.S. N° de Série 60/421,309 acima mencionado. 1. Calibraqem Para um sistema TDD MIMO OFDM com uma banda de freqüências compartilhada, as respostas de canal do downlink e uplínk podem ser presumidas como recíprocas uma da outra. Isto ê, se H(k) representa uma matriz de resposta de canal do arranjo de antena A para o arranjo de antena B para a sub-banda k, então um canal recíproco implica que o acoplamento do arranjo B para o arranjo A é dado por H'r (k) , onde HT denota a transposição de H. Para o sistema TDD MIMO OFDM, as características de canal recíprocas podem ser exploradas para simplificar a estimação de canal e o processamento espacial no transmissor e no receptor.
No entanto, as respostas de frequência das cadeias de transmissão e recepção no ponto de acesso são tipicamente diferentes das respostas de íreqüência das cadeias de transmissão e recepção no terminal de usuário. Uma resposta de canal de downlink "efetiva"', Hdn (k) , e uma resposta de canal de uplink "efetiva", Hupík), que incluem as respostas das cadeias de transmissão e recepção aplicáveis, podem ser expressas por;
Eq{4) onde Tjp (k) e Rcip{k) são matrizes diagonais Ndp x Kd!> para as respostas de frequência da cadeia de transmissão e da cadeia de recepção, respectivamente, no ponto de acesso para. a sub-banda k;
Tut(k) e R-jt <k) são matrizes diagonais Nut x Nut para as respostas de frequência da cadeia de transmissão e da cadeia de recepção, respectivamente, no terminal de usuário para a sub-banda k;
Map é o número de antenas no ponto de acesso; e Nut é o número de antenas no terminal de usuário.
Combinando as equações no conjunto de equações (4), é obtido o seguinte: Eq (5) onde Kut(k) = T_1ut (k) Rut (k) e Kap(k) = T_1ap (k) Rap (k) . Como Tut(k), Rut(k), Tap(k) e Rap(k) são matrizes diagonais, Kap(k) e Kut(k) são também matrizes diagonais. A calibragem pode ser efetuada para obter estimativas, Kap(k) e Kut(k), das matrizes diagonais reais, Kap(k) e Kut(k), para k e K. As matrizes Kap(k) e Kut(k) contêm fatores de correção que podem compensar diferenças nas respostas de freqüência das cadeias de transmissão e recepção no ponto de acesso e no terminal de usuário. Uma resposta de canal de downlink "calibrada", HCdn(k), observada pelo terminal de usuário, e uma resposta de canal de uplink "calibrada", Hcup(k), observada pelo ponto de acesso, podem então ser expressas como: Eq (6a) Eq (6b) Eq (60) A precisão da relação na equação (6c) depende da precisão das matrizes de correção, Kap(k) e Kut(k), a qual por sua vez depende da qualidade das estimativas das respostas efetivas de canal de downlink e uplink, Hdn(k) e Hup(k), usadas para derivar tais matrizes de correção. Um vetor de correção kut(k) pode ser definido como incluindo apenas os Nut elementos diagonais de Kut(k) e um vetor de correção Kap(k) pode ser definido como incluindo apenas os Nap elementos diagonais de Kap(k) . A calibragem está descrita em detalhes no Pedido de Patente Provisório U.S. N° de Série 60/421,462 acima mencionado.
Os pilotos aqui descritos podem também ser usados para sistemas MIMO e MIMO OFDM que não efetuam calibragem. Por clareza, a descrição que se segue presume que a calibragem é efetuada e que as matrizes de correção Kap(k) e Kut(k) são usadas nos percursos de transmissão no ponto de acesso e no terminal de usuário, respectivamente. 2. Pilotos Sinalizador e MIMO.
Como mostrado na Figura 2, o piloto sinalizador e o piloto MIMO são transmitidos no downlink no BCH para cada quadro TDD. O piloto sinalizador pode ser usado pelos terminais de usuário para aquisição de temporização e freqüência. O piloto MIMO pode ser usado pelos terminais de usuário para (1) obter uma estimativa do canal MIMO de downlink, (2) derivar vetores de direcionamento para transmissão de uplink e (3) derivar um filtro casado para transmissão do downlink, como descrito abaixo.
Em um esquema exemplar de transmissão de piloto, o piloto sinalizador é transmitido para dois períodos de símbolo e o piloto MIMO é transmitido por oito períodos de símbolo no início do segmento BCH. A Tabela 6 mostra os pilotos sinalizador e MIMO para tal esquema exemplar.
Tabela 6 - Pilotos Sinalizador e MIMO para o BCH O piloto sinalizador transmitido no downlink pode ser expresso como: Eq(7) onde Xcir.,be(k} é um vetor de transmissão para a sub- banda k para o piloto sinalizador; e b {k) é o símbolo de piloto a ser transmitido na sub-banda k para o piloto sinalizador, que é dado na Tabela 2.
Como mostrado na equação {7), o piloto sinalizador é escalonado pelo· vetor de correção kap(k}, porém não é submetido a qualquer outro processamento espacial. O piloto MIMO transmitido no downlink pode ser expresso como: Eq (8) onde Xdnrmprn (k) é um vetor de transmissão (Ndp x D para a sub-banda k no período de símbolo n para o piloto MIMO de downlink;
Wdn,n é um vetor (Nap x 1) com Nap chips Walsh para as Nap antenas de transmissão no ponto de acesso no periodo de simbolo n para o piloto MIMO de downlink; e p(k) é o simbolo de piloto a ser transmitido na sub-banda k para o piloto MIMO, que é dado na Tabela 2.
Como mostrado na equação (8) , o piloto MIMO é coberto pelo vetor Wdn,n e também escalonado pela matriz de correção Kap(k), porém não é submetido a qualquer outro processamento espacial. 0 mesmo vetor Walsh Wdn,n é usado para todas as sub-bandas e, portanto, Wdn,n não é uma função do Índice de sub-banda k. No entanto, uma vez que cada seqüência Walsh é uma seqüência exclusiva de 4 chips Walsh para 4 períodos de simbolo, Wdn,n é uma função do periodo de simbolo n. 0 vetor Wdn,n, portanto, inclui Nap chips Walsh a serem usados para as Nap antenas de transmissão no ponto de acesso para o periodo de simbolo n. Para o esquema mostrado na Tabela 6, os quatro vetores Wdn,n, para n = {3, 4, 5, 6}, para os primeiros quatro periodos de simbolo da transmissão do piloto MIMO no BCH são W3 = [1 1 1 1], W4 = [1 -1 1 -1], ws = [1 1 -1 -1], W6 = [1 -1 -1 1] e os quatro vetores Wdn,n, para n = {7, 8, 9, 10}, para os próximos quatro periodos de simbolo são repetidos de tal forma que W7 = W3, ws = W4, W9 = W5 e wio = W6. O piloto MIMO transmitido no uplink pode ser expresso como: Eq (9) onde xup,mP,n(k) é um vetor de transmissão (Nut x 1) para a sub-banda k no periodo de simbolo n para o piloto MIMO de uplink. O vetor Walsh wup,n usado para o piloto MIMO de uplink pode ser igual ou diferente do vetor Walsh Wdn,n usado para o piloto MIMO de downlink. Por exemplo, se um terminal de usuário for equipado com apenas duas antenas de transmissão, então wup,n pode incluir duas seqüências Walsh com comprimento de 2 ou maior. 3. Processamento Espacial Como acima descrito, a matriz de resposta de canal para cada sub-banda pode ser diagonalizada para obter os Ns automodos para tal sub-banda, A decomposição de valor singular da matriz de resposta de canal de uplínk calibrada, Hcup00, pode ser expressa como: Eq (10) onde Uap(k) é uma matriz unitária <N,ji; x ) de autovetores esquerdos de Hcupík); L(k) é uma matriz diagonal (Nyt x Nap) de valores singulares de H.~up{k); e Vut. (kj é uma matriz unitária (Nap x WaP) de autovetores direitos de Hc-jplk), De forma similar, a decomposição de valor singular da matriz de resposta de canal de downlink calibrada, HCdn{k) , pode ser expressa como: Eq ¢11) onde as matrizes v*ut (k) e U*ap (k) são matrizes unitárias de vetores esquerdos e direitos, respectivamente, de Hccir. (k).
Como mostrado nas equações (10} e (11) e com base na descrição acima, as matrizes de autovetores esquerdos e direitos para um link são o conjugado complexo das matrizes de autovetores direitos e esquerdos, respectivamente, para o outro link. Por simplicidade, a referência às matrizes Uap(k) e Vop(k) na descrição que se segue pode também se referir às suas várias outras formas (por exemplo, Vi:r. (k) pode se referir a VJt (k) , V*ut (k), V"rllt(k) e V\t (k) . As matrizes Udp (k) e vut;(k) podem ser usadas pelo ponto de acesso e pelo terminal de usuário, respectivamente, para processamento espacial e são denotadas como tal pelos seus subscritos.
Em uma modalidade, o terminal de usuário pode estimar a resposta de canal de downlink calibrada com base em um piloto MIMO transmitido pelo ponto de acesso. 0 terminal de usuário pode, a seguir, efetuar a decomposição de valor singular da estimativa de resposta de canal de downlink calibrada HCdn(k), para k e K, para obter a matriz diagonal Z(k) e a matriz V*ut(k) de autovetores esquerdos de Hcdn(k) para cada sub-banda. Tal decomposição de valor singular pode ser dada por Hcdn(k) = V*ut (k) Z(k) ÚTaP (k) , em que o circunflexo ("Λ") acima de cada matriz indica que ela é uma estimativa da matriz real. De forma similar, o ponto de acesso pode estimar a resposta de canal de uplink calibrada com base em um piloto MIMO transmitido pelo terminal de usuário. 0 ponto de acesso pode, a seguir, efetuar a decomposição de valor singular da estimativa de resposta de canal de uplink calibrada HCUp(k), para k e K, para obter a matriz diagonal É(k) e a matriz Úap(k) de autovetores esquerdos de HCUp(k) para cada sub-banda. Tal decomposição de valor singular pode ser dada por HCUp(k) = Uap(k) Z(k) V Hut (k) . 0 ponto de acesso e o terminal de usuário podem também obter os autovetores requeridos com base em uma referência direcionada, como descrito abaixo. A transmissão de dados pode ocorrer em um ou múltiplos automodos de banda larga para cada link. 0 número especifico de automodos de banda larga a ser usado para a transmissão de dados é tipicamente dependente das condições de canal e pode ser selecionado de várias maneiras. Por exemplo, os automodos de banda larga podem ser selecionados pelo uso de um procedimento de enchimento de água (waterfilling) que tenta maximizar a capacidade de transmissão total (1) selecionando o melhor conjunto de um ou mais automodos de banda larga a ser usado e (2) distribuindo a potência de transmissão total entre os automodos de banda larga selecionados. 0 sistema MIMO OFDM pode, portanto, ser projetado para suportar múltiplos modos operacionais, incluindo: * Modo de multiplexaçâo espacial - usado para transmissão de dados em múltiplos automodos de banda larga; e * Modo de direcionamento de feixe - usado para transmissão de dados no automodo de banda larga principal (melhor). A transmissão de dados em múltiplos automodos de banda larga pode ser obtida efetuando-se o processamento espacial com múltiplos conjuntos de autovetores nas matrizes Uap(k) ou. V,.t(k), para k e K (isto é, um conjunto de autovetores para cada automodo de banda larga). A Tabela 7 resume o processamento espacial no ponto de acesso e no terminal de usuário para transmissão e recepção de dados para o modo de multiplexaçâo espacial.
Tabela 7 - Processamento Espacial para o Modo de Multiplexaçâo Espacial Na Tabela 7, s(k) é m vetor de "dados" com até Ns entradas nâo-zero para os símbolos de modulação a serem transmitidos nos Ns automodos da sub-banda k, x(k) é um vetor de transmissão para a sub-banda k, r (k) é um vetor recebido para a sub-banda k e s (k> é uma estimativa do vetor de dados transmitido s(k). Os subscritos "dn" e "up" para tais vetores denotam transmissões de downlínk e uplink, respectivamente. A transmissão de dados em um automodo pode ser obtida pelo uso de "formação de feixe" ou "direcionamento de feixe". Para a formação de feixe, os símbolos de modulação são espacialmente processados com um conjunto de autovetores vut,i(k) ou üap,i(k), para k e K, para o automodo de banda larga principal. Para direcionamento de feixe, os símbolos de modulação são processados espacialmente com um conjunto de autovetores "normalizados" (ou "saturados") vut(k) ou üap(k), para k e K, para o automodo de banda larga principal. Os autovetores normalizados vut(k) e üap(k) podem ser derivados como descrito abaixo. 0 processamento espacial para os modos de multiplexação espacial e direcionamento de feixe é descrito em detalhes nos Pedidos de Patente Provisórios U.S. N°® de Série 60/421,309 e 60/421,428 acima mencionados. As referências direcionadas para os modos de multiplexação espacial e direcionamento de feixe serão descritas abaixo. 4. Referência Direcionada Para um canal recíproco (por exemplo, após a calibragem ter sido efetuada para compensar diferenças nas cadeias de transmissão/recepção no ponto de acesso e no terminal de usuário), pode ser transmitida uma referência direcionada pelo terminal de usuário e usada pelo ponto de acesso para obter estimativas de Uap(k) e Z(k), para k e K, sem a necessidade de estimar o canal MIMO ou efetuar a decomposição de valor singular. De forma similar, uma referência direcionada pode ser transmitida pelo ponto de acesso e usada pelo terminal de usuário para obter estimativas de Vut(k) e É(k), para k e K.
Em uma modalidade, a referência direcionada compreende um conjunto de símbolos de piloto (por exemplo, o símbolo OFDM P) que é transmitido em um automodo de banda larga em um dado período de símbolo efetuando-se o processamento espacial com um conjunto de autovetores não normalizados ou normalizados para tal automodo de banda larga. Em uma modalidade alternativa, a referência direcionada compreende múltiplos conjuntos de símbolos de piloto que são transmitidos em múltiplos automodos de banda larga no mesmo período de símbolo efetuando-se o processamento espacial com múltiplos conjuntos de autovetores não normalizados ou normalizados para tais automodos de banda larga. Em qualquer dos casos, a referência direcionada é transmitida a partir de todas as Nap antenas no ponto de acesso (para o downlink) e todas as N,.:t antenas no terminal de usuário (para o uplink] . Por clareza, a descrição que se segue presume que a referência direcionada é transmitida para um automodo de banda larga em um dado período de símbolo. A. Referência Direcionada de downlink - Modo de-Mu1tiplexaçâo Espacial Para o modo de muitiplexaçao espacial, a referência direcionada de downlink transmitida no mési:,to automodo de banda larga pelo ponto de acesso pode ser expressa como: Eq(12) onde Xdn,srrm(k) é o vetor de transmissão para a sub-banda do ι#5''"<5 automodo de banda larga; ü*dprrri(k) é o auto vetor para a kési:íia sub-banda do mésimo automodo de banda larga; e p (k) é o símbolo de piloto a ser transmitido na sub-banda k para a referência direcionada (por exemplo, como dado na Tabela 2) . 0 vetor de direcionamento 0*ap,ir, (k) ê a mésiaa coluna da matriz Ü*3f>(k), onde A referência direcionada de downlink recebida no terminal de usuário para o modo de multiplexação espacial pode ser expressa como: Eq (13) onde am(k) é o valor singular para a késima sub-banda do mésimo automodo de banda larga. B. Referência Direcionada de downlink - Modo de Direcionamento de Feixe Para o modo de direcionamento de feixe, o processamento espacial no transmissor é efetuado usando-se um conjunto de vetores "normalizados" para o automodo de banda larga principal. A função de transferência total com um autovetor normalizado üap(k) é diferente da função de transferência total com um autovetor não normalizado ü*ap,i(k) (isto é, Uma referência direcionada gerada usando-se o conjunto de autovetores normalizados para o automodo de banda larga principal pode então ser enviada pelo transmissor e usada pelo receptor para derivar o filtro casado para o modo de direcionamento de feixe.
Para o modo de direcionamento de feixe, a referência direcionada de downlink transmitida no automodo de banda larga principal pelo ponto de acesso pode ser expressa como: Eq (14) onde üap(k) é o autovetor normalizado para a késima sub-banda do automodo de banda larga principal, o que pode ser expresso como: Eq (15) onde A ê uma constante ípor exemplo, A = 1); e θ-jiík) é a fase para a kéfiiraa sub-banda da íésiaa antena de transmissão que é dada por: Eq<16) Como mostrado na equação {15), os Nap elementos do vetor üap(k) possuem iguais magnitudes, porém fases possivelmente diferentes, Como mostrado na equação {16), a fase de cada elemento no vetor üflp{k} é obtida a partir do elemento correspondente do vetor ü*ap,:{k) (isto ê, Quidk) é obtida a partir de ü*ap,i,i (k) , onde A referência direcionada de downlink recebida no terminal de usuário para o modo de direcionamento de feixe pode ser expressa como: Eq{l7) C. Referência Direcionada de uplink - Modo de Multiplexação Espacial Para o modo de multiplexação espacial, a referência direcionada de uplink transmitida no mési!?ic automodo de banda larga pelo terminal de usuário pode ser expressa como: Eq(18) 0 vetor v ijt,im{k) é a isèsiM coluna da matriz V u- {k) , onde A referência direcionada de uplink recebida no ponto de acesso para o modo de multiplexação espacial pode ser expressa como: Eq (19) D. Referência Direcionada de uplink - Modo de Direcionamento de Feixe Para o modo de direcionamento de feixe, a referência direcionada de uplink transmitida no automodo de banda larga principal pelo terminal de usuário pode ser expressa como: Eq (20) 0 autovetor normalizado vut(k) para a késima sub-banda para o automodo de banda larga principal pode ser expresso como: Eq (21) onde Eq (22) Como mostrado na equação (22) , a fase de cada elemento no vetor vut(k) é obtida a partir do elemento correspondente do autovetor vut,i(k). A referência direcionada de uplink recebida no ponto de acesso para o modo de direcionamento de feixe pode ser expressa como: Eq (23) A Tabela 8 resume o processamento espacial no ponto de acesso e no terminal de usuário para a referência direcionada para os modos de multiplexação espacial e de direcionamento de feixe.
Tabela 8 - Processamento Espacial para Referência Dí recíonada E. Transmissão de Referência Direcionada Para a estrutura de quadro exemplar mostrada na Figura 2, a referência direcionada pode ser transmitida no preâmbulo ou na porçào de piloto de uma PDU FCH {para o downlink) ou uma PDU RCH (para o upliníc) , A referência direcionada pode ser transmitida de várias maneiras.
Em uma modalidade, para o modo de muitiplexaçao espacial, a referência direcionada é transmitida para um ou mais automodos de banda larga para cada quadro TDD. O número especifico de automodos de banda larga a ser transmitido em cada quadro TDD pode depender da duração da referência direcionada. A Tabela 9 lista os automodos de banda larga usados para a referência direcionada no preâmbulo de uma PDU FCH/RCH para vários tamanhos de preâmbulo, para um projeto exemplar com quatro antenas de transmissão.
Tabela 9 Como mostrado na Tabela 9, a referência direcionada é transmitida para todos os quatro automodos de banda larga dentro do mesmo quadro TDD quando o tamanho do preâmbulo for de quatro ou oito períodos de símbolos. A referência direcionada transmitida no preâmbulo de uma PDU FCH pelo ponto de acesso para o nésimo período de símbolo pode ser expressa como: W,n(fc) = Kap(fc)ulp>[(n_1)mod4]+iWp(fc) . Para ke K e ne{l...L), Eq (24) onde L é o tamanho do preâmbulo (por exemplo, L = 0, 1, 4, ou 8, para o projeto exemplar mostrado na Tabela 9). A referência direcionada transmitida no preâmbulo de uma PDU RCH pelo terminal de usuário para o nésimo período de símbolo pode ser expressa como: XUp,sr,n(^) = K1)t(fe)íut,[(n-l)mod4]+l(^)^) . Para k^K e «G (1...L) . Eq (25) Nas equações (24) e (25), os quatro automodos de banda larga entram em ciclo em cada período de 4 símbolos pela operação "mod" para o vetor de direcionamento. Tal esquema pode ser usado caso o canal mude mais rapidamente e/ou durante a parte inicial de uma sessão de comunicação quando uma boa estimativa de canal precisar ser obtida rapidamente para a operação apropriada do sistema.
Em outra modalidade, a referência direcionada é transmitida para um automodo de banda larga para cada quadro TDD. A referência direcionada para quatro automodos de banda larga pode entrar em ciclo em quatro quadros TDD. Por exemplo, os vetores de direcionamento vut,i(k), vut,2 (k) , vut,3 (k) e vut,4 (k) podem ser usados para quatro quadros TDD consecutivos pelo terminal de usuário. 0 vetor de direcionamento específico a ser usado para a referência direcionada em cada quadro TDD pode ser especificado por um contador de quadros, o qual pode ser enviado na mensagem do BCH. Tal esquema pode permitir que um preâmbulo mais curto seja usado para as PDU FCH e RCH. No entanto, um período de tempo mais longo pode ser necessário para se obter uma boa estimativa do canal.
Para o modo de direcionamento de feixe, o vetor de direcionamento normalizado para o automodo de banda larga principal é usado para a referência direcionada, como mostrado nas equações (14) e (20) . A duração da referência direcionada pode ser selecionada, por exemplo, com base nas condições do canal.
Quando operando no modo de direcionamento de feixe, o terminal de usuário pode transmitir múltiplos símbolos de referência direcionada, por exemplo, um ou mais símbolos usando o autovetor normalizado vut(k), um ou mais símbolos usando o autovetor vut,i(k) para o automodo principal e possivelmente um ou mais símbolos usando os autovetores para os outros automodos. Os símbolos de referência direcionada gerados com vut(k) podem ser usados pelo ponto de acesso para derivar um vetor de filtro casado de uplink. Tal vetor é usado pelo ponto de acesso para efetuar a filtragem casada da transmissão de dados de uplink enviada pelo terminal de usuário usando direcionamento de feixe. Os símbolos de referência direcionados gerados com vut,i(k) podem ser usados para obter uap,i(k), que pode, a seguir, ser usado para derivar o autovetor normalizado üap(k) que é usado para direcionamento de feixe no downlink. Os símbolos de referência direcionada gerados com os autovetores vut,2(k) a vut,Ns(k) para os outros automodos podem ser usados pelo ponto de acesso para obter üap,2(k) a üap,NS(k) e as estimativas de valor singular para esses outros automodos. Tais informações podem, então, ser usadas pelo ponto de acesso para determinar se deve ser usado o modo de multiplexação espacial ou o modo de direcionamento de feixe para a transmissão de dados de downlink.
Para o downlink, o terminal de usuário pode derivar um vetor de filtro casado de downlink para o modo de direcionamento de feixe com base na estimativa de resposta de canal de downlink estimada HCdn 00 . Em particular, o terminal de usuário possui ü*ap,i(k} proveniente da decomposição de valor singular de Hcaník) e pode, a seguir, derivar o autovetor normalizado üap(k). 0 terminal de usuário pode, então, multiplicar úa;>(k} por Hedn {k) para obter Hedn (k) üap<k) e pode, a seguir, derivar o vetor de filtro casado de downlink para o modo de direcionamento de feixe com base em Hca.-i(k) üap(k). Alternativamente, uma referência direcionada pode ser enviada pelo ponto de acesso usando o autovetor normalizado üap(k) e tal referência direcionada pode ser processada pelo terminal de usuário da maneira acima descrita para obter o vetor de filtro casado de downlink para o modo de direcionamento de feixe, F. Multiplexaçào de Sub-banda para Referência Direcionada Para os modos de multiplexaçào espacial e direcionamento de feixe, a referência direcionada pode também ser transmitida para múltiplos automodos de banda larga para um dado período de símbolo usando-se multiplexaçào de sub-banda. As sub-bandas usáveis podem ser particionadas em múltiplos conjuntos desarticulados de sub-bandas, um conjunto para cada automodo de banda larga selecionado para transmissão da referência direcionada. Cada conjunto de sub-bandas pode então ser usado para transmitir uma referência direcionada para o automodo de banda larga associado. Por simplicidade, o termo "automodo de banda larga" é aqui utilizado apesar de a referência direcionada ser enviada em somente um subconjunto de todas as sub-bandas usáveis.
Por exemplo, a referência direcionada pode ser transmitida em todos os quatro automodos de banda larga em um período de símbolo. Em tal caso, as 52 sub-bandas usáveis podem ser particionadas em quatro conjuntos desarticulados (por exemplo, rotulados como conjuntos 1, 2, 3 e 4), com cada conjunto incluindo 13 sub-bandas. As 13 sub-bandas em cada conjunto podem ser uniformemente distribuídas através das 52 sub-bandas usáveis. A referência direcionada para o automodo de banda larga principal pode então ser transmitida nas 13 sub-bandas no conjunto 1, a referência direcionada para o segundo automodo de banda larga pode ser transmitida nas 13 sub-bandas no conjunto 2, a referência direcionada para o terceiro automodo de banda larga pode ser transmitida nas 13 sub-bandas no conjunto 3 e a referência direcionada para o quarto automodo de banda larga pode ser transmitida nas 13 sub-bandas no conjunto 4.
Caso a referência direcionada seja enviada em apenas um subconjunto de todas as sub-bandas usáveis para um dado automodo de banda larga, então pode ser usada interpolação ou alguma outra técnica para obter estimativas para as sub-bandas não usadas para a transmissão da referência direcionada para tal automodo de banda larga.
Em geral, os múltiplos conjuntos de sub-bandas podem incluir o mesmo ou diferentes números de sub-bandas. Por exemplo, o número de sub-bandas a ser incluído em cada conjunto pode depender da SNR do automodo de banda larga associado ao conjunto (por exemplo, mais sub-bandas podem ser atribuídas a um conjunto associado a um automodo de banda larga de baixa qualidade). Além disso, as sub-bandas em cada conjunto podem ser distribuídas de modo uniforme ou não uniforme pelas sub-bandas usáveis. Os múltiplos conjuntos de sub-bandas podem também ser associados ao mesmo ou a diferentes conjuntos de símbolos de piloto. A multiplexação de sub-banda pode ser usada para reduzir a quantidade de overhead necessário para transmitir a referência direcionada, o que pode melhorar a eficiência do sistema. G. Estimação de Canal com a Referência Direcionada Como mostrado na equação (13) , no terminal de usuário, a referência direcionada de downlink recebida para o modo de multiplexação espacial (na ausência de ruido) é de aproximadamente v *ut,m (k) am (k) p (k) . De forma similar, como mostrado na equação (19), no ponto de acesso, a referência direcionada de uplink recebida para o modo de multiplexação espacial (na ausência de ruido) é aproximadamente üap,m (k) am (k) p (k) . 0 ponto de acesso pode, portanto, obter uma estimativa de üap,m(k) e am(k) com base em uma referência direcionada enviada pelo terminal de usuário e vice versa. Várias técnicas podem ser usadas para processar uma referência direcionada. Por clareza, a descrição que se segue serve para o processamento de uma referência direcionada de uplink. 0 vetor recebido no ponto de acesso é dado pela equação (19), que é Em uma modalidade, para obter uma estimativa de U-ap,m (k), o vetor recebido J£up, sr,m (k) para a referência direcionada enviada no mésimo automodo de banda larga é primeiramente multiplicado pelo conjugado complexo do símbolo de piloto, p*(k), que é usado para a referência direcionada. 0 resultado pode ser, então, integrado em múltiplos símbolos de referência direcionada recebidos para cada automodo de banda larga para obter uma estimativa de uap,m(k)(Tm(k) , que é um autovetor esquerdo escalonado de Hcup(k) para o mésimo automodo de banda larga. Cada uma das Nap entradas do vetor üap,m(k) é obtida com base em uma entrada correspondente das Nap entradas para o vetor rup,m(k), em que as Nap entradas de rup,m(k) são os símbolos recebidos a partir das Nap antenas no ponto de acesso. Dado que os autovetores possuem potência unitária, o valor singular am(k) pode ser estimado com base na potência recebida da referência direcionada, que pode ser medida para cada sub-banda de cada automodo de banda larga. A estimativa de valor singular <Tm(k) é então igual à raiz quadrada da potência recebida dividida pela magnitude do símbolo de piloto p(k).
Em outra modalidade, é usada uma técnica de mínimo erro quadrático médio (MMSE) para obter uma estimativa do vetor uap,m(k) com base no vetor recebido rup,sr,m(k) para a referência direcionada. Uma vez que os símbolos de piloto p(k) são conhecidos, o ponto de acesso pode derivar uma estimativa de üap,m(k) de modo que o erro quadrático médio entre os símbolos de piloto recebidos (obtidos após efetuar a filtragem casada no vetor recebido J£up, sr,m (k) ) e os símbolos de piloto transmitidos seja minimizado. 0 uso da técnica MMSE para processamento espacial no receptor é descrito no Pedido de Patente U.S. N° de Série 09/993,087 da Requerente, intitulado "Multiple-Access Multiple-Input Multiple-Output (MIMO) Communication System", depositado em 6 de novembro de 2001. A referência direcionada é enviada para um automodo de banda larga em qualquer período de símbolo dado (sem multiplexação de sub-banda) e pode, por sua vez, ser usada para obter uma estimativa de um autovetor para cada sub-banda de tal automodo de banda larga. Dessa forma, o receptor é capaz de obter uma estimativa de apenas um autovetor em uma matriz unitária para qualquer período de símbolo dado. Uma vez que as estimativas de múltiplos autovetores para a matriz unitária são obtidas durante diferentes períodos de símbolos, e devido ao ruído e outras fontes de degradação no canal sem fio, os autovetores estimados para a matriz unitária (que são individualmente derivados) provavelmente não serão ortogonais uns aos outros. Os autovetores estimados podem ser, a seguir, usados para filtragem casada de uma transmissão de dados recebida no mesmo link e/ou processamento espacial de uma transmissão de dados enviada no outro link. Em tal caso, quaisquer erros de ortogonalidade entre tais autovetores estimados iria resultar em linha cruzada entre os fluxos de dados enviados nos automodos correspondentes aos autovetores. A linha cruzada pode degradar o desempenho.
Em uma modalidade, os autovetores estimados para cada matriz unitária são forçados a ficarem ortogonais uns aos outros. A ortogonalização dos autovetores pode ser obtida usando-se a técnica de Gram-Schmidt, que é descrita em detalhes na referência acima mencionada de Gilbert Strang, ou alguma outra técnica.
Outras técnicas para processar a referência direcionada também podem ser usadas, e isto se insere no escopo da invenção. 0 ponto de acesso pode, portanto, estimar 0ap(k) e Z(k) com base na referência direcionada enviada pelo terminal de usuário, sem ter que estimar a resposta de canal de uplink ou efetuar a decomposição de valor singular de H cup (k) . 0 processamento no terminal de usuário para estimar as matrizes Vut(k) e Z(k), para k e K, com base na referência direcionada do downlink pode ser efetuado de modo similar àquele acima descrito para a referência direcionada do uplink.
Para o modo de direcionamento de feixe, no uplink, o vetor recebido r up,sr,m (k) para a referência direcionada pode ser processado pelo ponto de acesso de maneira similar para obter uma estimativa de I1~UP {k) v(k} . A transposição conjugada de tal estimativa é, portanto, o filtro casado para a transmissão de uplink no modo de direcionamento de feixe. No downlink, o vetor recebido rdn,sr,n{k) para a referência direcionada pode ser processado pelo terminal de usuário de maneira similar para obter uma estimativa de HCdn (k) 0 ap (k) ■ A transposição conjugada de tal estimativa ê, portanto, o filtro casado para a transmissão do downlink no modo de direcionamento de feixe. 5, Piloto de portadora O piloto de portadora pode ser transmitido nas sub-bandas de piloto de várias maneiras para a estrutura de quadro TDD mostrada na Figura 2. Em uma modalidade, as quatro seqüências de piloto são reconfiguradas para cada canal de transporte. Dessa forma, no downlink, as seqüências de piloto são reconfiguradas para o primeiro simbolo ÜFDM da mensagem do BCH, novamente reconfiguradas para o primeiro simbolo GFDM da mensagem do FCCH e reconfiguradas para o primeiro simbolo GFDM enviado no FCH. Em outra modalidade, as seqüências de piloto são reconfiguradas no inicio de cada quadro TDD e repetidas sempre que necessário, Para tal modalidade, as seqüências de piloto podem ser sustadas durante as porções de preâmbulo do BCH e do FCH. O piloto de portadora pode também ser transmitido de outras maneiras e isto se insere no escopo da invenção. 6. Esquema de Transmissão de Piloto Quatro tipos de piloto foram acima descritos e podem ser usados para sistemas MIMO e MIMO QFDM, Esses quatro tipos diferentes de piloto podem ser transmitidos de várias maneiras. A Figura 3 mostra transmissões de piloto de downlink e uplink para um esquema de transmissão de piloto exemplar. De um modo geral, o bloco 310 corresponde a uma fase de acesso ao sistema, o bloco 320 corresponde a uma fase de calibragem e o bloco 330 corresponde a uma fase de operação normal.
Um piloto sinalizador e um piloto MIMO são transmitidos no downlink pelo ponto de acesso em cada quadro TDD (bloco 312) para permitir que todos os terminais de usuário no sistema adquiram a freqüência e temporização do sistema e estimem o canal de downlink (bloco 314) . O bloco 314 pode ser efetuado conforme necessário para acessar o sistema. A calibragem pode ser efetuada antes da operação normal para calibrar a remoção de diferenças nas cadeias de transmissão/recepção no ponto de acesso e no terminal de usuário. Para a calibragem, pilotos MIMO podem ser transmitidos pelo ponto de acesso e pelo terminal de usuário (blocos 322 e 326) . O piloto MIMO de uplink pode ser usado pelo ponto de acesso para derivar uma estimativa do canal de uplink (bloco 324) e o piloto MIMO de downlink pode ser usado pelo terminal de usuário para derivar ou atualizar uma estimativa do canal de downlink (bloco 328) . As estimativas de canal de downlink e uplink são, a seguir, usadas para derivar os fatores de correção para o ponto de acesso e o terminal de usuário.
Durante a operação normal, uma referência direcionada pode ser transmitida no uplink pelo terminal de usuário (1) se e quando ele desejar uma transmissão de dados ou (2) se ele estiver programado para transmissão de dados (bloco 332) . A referência direcionada de uplink pode ser usada pelo ponto de acesso para estimar as matrizes unitária e diagonal pertinentes para o terminal de usuário (bloco 334). Uma referência direcionada pode ser opcionalmente transmitida pelo ponto de acesso para o terminal de usuário (como mostrado pelo bloco tracejado 336). 0 terminal de usuário pode atualizar continuamente sua estimativa do canal de downlink com base no piloto MIMO de downlink e atualizar as matrizes unitária e diagonal pertinentes com base na referência direcionada do downlink (caso transmitida) (bloco 338). Pilotos de portadora são transmitidos pelo ponto de acesso (bloco 340) e pelo terminal de usuário (bloco 344) nas sub-bandas de piloto durante as porções que não são usadas para outros pilotos. O piloto de portadora do downlink é usado pelo terminal de usuário para rastrear a fase do sinal de portadora de downlink (bloco 342) e o piloto de portadora de uplink é usado pelo ponto de acesso para rastrear a fase do sinal de portadora de uplink (bloco 346).
Para o esquema de transmissão de piloto mostrado na Figura 3, o terminal de usuário estima a resposta de canal do downlink com base no piloto MIMO de downlink e transmite uma referência direcionada no uplink, que é, a seguir, usada pelo ponto de acesso para estimar as matrizes unitária e diagonal pertinentes para o terminal de usuário. Em certos casos, o terminal de usuário pode ter obtido uma estimativa ruim da resposta de canal de downlink, caso este em que a referência direcionada de uplink pode ser igualmente ruim ou possivelmente pior. No pior caso, o vetor de direcionamento usado pelo terminal de usuário pode resultar em um feixe nulo sendo apontado no ponto de acesso. Caso isto ocorra, então o ponto de acesso não seria capaz de detectar a referência direcionada de uplink. Para evitar tal situação, o terminal de usuário pode perturbar as fases dos Nut elementos do vetor de direcionamento que ele usa para a referência direcionada em situações em que ele detecte que o ponto de acesso não está recebendo a referência direcionada apropriadamente. Por exemplo, caso o terminal de usuário seja designado para transmitir uma referência direcionada de uplink como parte de um procedimento de acesso ao sistema, e caso o acesso ao sistema não seja obtido após um certo número de tentativas de acesso, então o terminal de usuário pode começar a perturbar as fases dos elementos do vetor de direcionamento. Vários outros esquemas de transmissão de piloto podem também ser implementados para sistemas MIMO e MIMO OFDM, e isto se insere no escopo da invenção. Por exemplo, os pilotos sinalizador e de portadora podem ser combinados em um único piloto que pode ser usado para aquisição de freqüência e temporização e rastreamento de fase de portadora. Como outro exemplo, os terminais de usuário ativos podem transmitir pilotos MIMO, ao invés de referências direcionadas, no uplink.
IV. Sistema MIMO OFDM A Figura 4 mostra um diagrama de blocos de uma modalidade de um ponto de acesso HOx e um terminal de usuário 120x no sistema MIMO OFDM 100. Por clareza, nesta modalidade, o ponto de acesso HOx é equipado com quatro antena que podem ser usadas para transmissão e recepção de dados, e o terminal de usuário 12Ox é também equipado com quatro antenas para transmissão e recepção de dados. Em geral, o ponto de acesso e o terminal de usuário podem, cada um, ser equipados com qualquer número de antenas de transmissão e qualquer número de antenas de recepção.
No downlink, no ponto de acesso HOx, um processador de dados de transmissão (TX) 414 recebe dados de tráfego a partir de uma fonte de dados 412 e sinalização e outros dados a partir de um controlador 430. O processador de dados TX 414 formata, codifica, intercala e modula (isto é, mapeia por símbolos) os dados para prover símbolos de modulação. Um processador espacial TX 420 recebe e multiplexa os símbolos de modulação provenientes do processador de dados TX 414 com símbolos de piloto, efetua o processamento espacial requerido e provê quatro fluxos de símbolos de transmissão para as quatro antenas de transmissão.
Cada modulador (MOD) 422 recebe e processa um fluxo de símbolos de transmissão respectivo para prover um sinal modulado de downlink correspondente. Os quatro sinais modulados de downlink provenientes dos moduladores 422a a 422d são, a seguir, transmitidos a partir das antenas 424a a 424d, respectivamente.
No terminal de usuário 120x, quatro antenas 452a a 452d recebem os sinais modulados de downlink transmitidos e cada antena provê um sinal recebido para um demodulador (DEMOD) 454 respectivo. Cada demodulador 454 efetua o processamento complementar àquele efetuado no modulador 422 e provê símbolos recebidos. Um processador espacial de recepção (RX) 460, a seguir, efetua o processamento espacial nos símbolos recebidos provenientes de todos os demoduladores 454a a 454d para prover símbolos recuperados, que são estimativas dos símbolos de modulação transmitidos pelo ponto de acesso. Um processador de dados RX 470 processa adicionalmente (por exemplo, demapeia os símbolos, deintercala e decodifica) os símbolos recuperados para prover dados decodificados, os quais podem ser providos para um depósito de dados 472 para armazenamento e/ou para um controlador 480 para processamento adicional. O processamento para o uplink pode ser igual ou diferente do processamento para o downlink. Os dados e a sinalização são processados (por exemplo, codificados, intercalados e modulados) por um processador de dados TX 488, multiplexados com símbolos de piloto e adicionalmente processados espacialmente por um processador espacial TX 490. Os símbolos de transmissão provenientes do processador espacial TX 490 são adicionalmente processados pelos moduladores 454a a 454d para gerar quatro sinais modulados de uplink, que são, a seguir, transmitidos através das antenas 452a a 452d.
No ponto de acesso 410, os sinais modulados de uplink são recebidos pelas antenas 424a a 424d, demodulados pelos demoduladores 422a a 422d e processados por um processador espacial RX 440 e um processador de dados RX 442 de maneira complementar àquela efetuada no terminal de usuário. Os dados decodificados para o uplink podem ser providos para um depósito de dados 444 para armazenamento e/ou para o controlador 430 para processamento adicional.
Os controladores 430 e 480 controlam a operação de várias unidades de processamento no ponto de acesso e no terminal de usuário, respectivamente. As unidades de memória 432 e 482 armazenam dados e códigos de programa usados pelos controladores 430 e 480, respectivamente. A Figura 5 mostra um diagrama de blocos de um processador espacial TX 420a que pode gerar um piloto sinalizador e que pode ser implementado no interior do processador espacial TX 420 na Figura 4. O processador 420a inclui um número de processadores de sub-banda de piloto sinalizador 510a a 510k, um para cada sub-banda usada para transmissão do piloto sinalizador. Cada processador de sub-banda 510 recebe um símbolo de piloto b(k) para o piloto sinalizador e uma matriz de correção Kap(k) para a sub-banda associada.
Dentro de cada processador de sub-banda 510, o símbolo de piloto b(k) é escalonado por quatro multiplicadores 514a a 514d com quatro fatores de correção Kap,í (k) a Kap,4 (k) , respectivamente, provenientes da matriz Kap(k). Cada multiplicador 514 efetua a multiplicação complexa do símbolo de piloto complexo por um fator de correção complexo respectivo. Os símbolos de piloto escalonados provenientes dos multiplicadores 514a a 514d são, a seguir, providos para quatro armazenadores (buffers)/multiplexadores 520a a 520d, respectivamente, que também recebem os símbolos de piloto escalonados provenientes de outros processadores de sub-banda 510. Cada armazenador/multiplexador 520 multiplexa os símbolos de piloto escalonados para todas as sub-bandas usadas para transmissão do piloto sinalizador e valores de sinal zero para as sub-bandas não usadas e provê um fluxo de símbolos de transmissão para a antena de transmissão associada. A Figura 6A mostra um diagrama de blocos de um processador espacial TX 420b que pode gerar um piloto MIMO. O processador 420b pode ser implementado dentro do processador espacial TX 420 ou 490 na Figura 4, porém, por clareza, será descrito abaixo para uma implementação no processador espacial TX 420. 0 processador 420b inclui um número de processadores de sub-banda de piloto MIMO 610a a 610k, um para cada sub-banda usada para transmissão do piloto MIMO. Cada processador de sub-banda 610 recebe um símbolo de piloto p(k) para o piloto MIMO e uma matriz de correção Kap(k) para a sub-banda associada. Cada processador de sub-banda 610 recebe também quatro seqüências Walsh, wi a W4, atribuídas às quatro antenas de transmissão no ponto de acesso.
Dentro de cada processador de sub-banda 610, o símbolo de piloto complexo p(k) é coberto pelas quatro seqüências Walsh wi a W4 por quatro multiplicadores complexos 612a a 612d, respectivamente. Os símbolos de piloto cobertos são adicionalmente escalonados por quatro multiplicadores complexos 614a a 614d com quatro fatores de correção complexos Kap,i(k) a Kap,4(k), respectivamente, provenientes da matriz Kap(k). Os símbolos de piloto escalonados provenientes dos multiplicadores 614a a 614d são, então, providos a quatro armazenadores/multiplexadores 620a a 620d, respectivamente. O processamento subsequente é como acima descrito para a Figura 5.
Para uma implementação de processador 420b no processador espacial TX 490, o número de seqüências Walsh a ser usado depende do número de antenas de transmissão disponíveis no terminal de usuário. Além disso, o escalonamento é efetuado com os fatores de correção provenientes da matriz Kut(k) para o terminal de usuário. A Figura 6B mostra um diagrama de blocos de um processador espacial RX 460b que pode prover uma estimativa de resposta de canal baseada em um piloto MIMO recebido. 0 processador 460b pode ser implementado dentro do processador espacial RX 440 ou 460 na Figura 4, porém por clareza será descrito abaixo para uma implementação no processador espacial RX 460. 0 processador 460b inclui um número de processadores de sub-banda de piloto MIMO 650a a 650k, um para cada sub-banda usada para a transmissão do piloto MIMO. Cada processador de sub-banda de piloto MIMO 650 recebe um vetor r(k) e um símbolo de piloto conjugado p* (k) para a sub-banda associada. Cada processador de sub-banda 650 também recebe as quatro seqüências Walsh wi a W4 atribuídas às quatro antenas de transmissão no ponto de acesso.
Cada processador de sub-banda de piloto MIMO 650 inclui quatro processadores de sub-banda de piloto MIMO/antena 660a a 660d para as quatro antenas de recepção no terminal de usuário. Cada processador 660 recebe uma entrada ri(k) do vetor r(k) . Dentro de cada processador 660, o símbolo recebido r±(k) é primeiro multiplicado com o símbolo de piloto conjugado p*(k) por um multiplicador complexo 662. A saída do multiplicador 662 é adicionalmente multiplicada com as quatro seqüências Walsh wi a W4 por quatro multiplicadores complexos 664a a 664d, respectivamente. As saídas dos multiplicadores 664a a 664d são, a seguir, acumuladas pelos acumuladores 666a a 666d, respectivamente, pela duração da transmissão do piloto MIMO. Cada par de multiplicador 664 e acumulador 666 efetua a descobertura para uma antena de transmissão no ponto de acesso. A saída de cada acumulador 666 representa uma estimativa hij(k) do ganho de canal da antena de transmissão j para a antena de recepção i para a sub-banda k. A determinação da média das estimativas de resposta de canal hij(k) para i = {1, 2, 3, 4} e j = {1, 2, 3, 4} pode ser adicionalmente feita sobre múltiplas transmissões de piloto MIMO (não é mostrado na Figura 6B) para prover uma estimativa mais precisa da resposta de canal.
Como mostrado na Figura 6B, cada processador de sub-banda de piloto MIMO/antena 660 provê um vetor de linhas hCdn,i(k) = [hi(i(k) hi,2(k) hi,3(k) hi,4(k)] para a antena de recepção associada i, onde hCdn,i(k) é a iésima linha da estimativa de resposta de canal calibrada HCdn(k) para o downlink (presumindo-se que o ponto de acesso aplicou sua matriz de correção Kap(k)). Os processadores 660a a 660d provêem coletivamente as quatro linhas da matriz de resposta de canal calibrada HCdn(k) . A Figura 7A mostra um diagrama de blocos de um processador espacial TX 420c que pode gerar uma referência direcionada. O processador 420c pode também ser implementado dentro do processador espacial 420 ou 490 na Figura 4, porém por clareza será descrito abaixo para uma implementação no processador espacial TX 420. O processador 420c inclui um número de processadores de sub-banda de referência direcionada 710a a 710k, um para cada sub-banda usada para transmitir a referência direcionada. Para gerar a referência direcionada para o modo de multiplexação espacial, cada processador de sub-banda 710 recebe um símbolo de piloto p(k), o vetor de direcionamento ü*ap,m(k) para cada automodo de banda larga no qual a referência direcionada deve ser transmitida e uma matriz de correção Kap(k) para a sub-banda associada.
Dentro de cada processador de sub-banda 710, o símbolo de piloto p(k) é multiplicado pelos quatro elementos ü*ap,i,m(k) a ü*ap,4,m(k) do vetor de direcionamento ü*ap,m(k) para o mésimo automodo de banda larga por quatro multiplicadores complexos 712a a 712d, respectivamente. As saídas dos multiplicadores 712a a 712d são adicionalmente escalonadas por quatro multiplicadores complexos 714a a 714d com quatro fatores de correção Kap,i(k) a Kap,4(k), respectivamente, provenientes da matriz Kap(k). Os símbolos de piloto escalonados provenientes dos multiplicadores 714a a 714d são, a seguir, providos para quatro armazenadores/multiplexadores 720a a 720d, respectivamente. O processamento subseqüente é como acima descrito.
Para gerar a referência direcionada no downlink para o modo de direcionamento de feixe, cada processador de sub-banda 710 recebería um vetor de direcionamento normalizado üap(k), ao invés do vetor de direcionamento não normalizado ü*ap,m(k). Para uma implementação de processador 420c no processador espacial TX 490, cada processador de sub-banda 710 recebería ou (1) o vetor de direcionamento vut,m(k) para cada automodo de banda larga usado para a referência direcionada, para o modo de multiplexação espacial, ou (2) o vetor de direcionamento vut(k) para o modo de direcionamento de feixe. Caso a multiplexação de sub-banda seja usada para a referência direcionada, então vetores de direcionamento para múltiplos automodos de banda larga podem ser usados para múltiplos conjuntos desarticulados de sub-bandas, como acima descrito. A Figura 7B mostra um diagrama de blocos de um processador espacial RX 460c que pode prover estimativas de vetores de direcionamento e valores singulares com base em uma referência direcionada recebida. O processador 460c pode ser implementado dentro do processador espacial RX 440 ou 460 na Figura 4, porém por clareza será descrito abaixo para uma implementação no processador espacial RX 460. O processador 460c inclui um número de processadores de sub-banda de referência direcionada 750a a 750k, um para cada sub-banda usada para a transmissão da referência direcionada. Cada processador de sub-banda 750 recebe um vetor r(k) e um símbolo de piloto conjugado p* (k) para a sub-banda associada.
Dentro de cada processador de sub-banda 750, os quatro símbolos no vetor recebido r(k) são multiplicados com o símbolo de piloto conjugado p*(k) pelos multiplicadores complexos 762a a 762d, respectivamente. As saídas dos multiplicadores 762a a 762d são, a seguir, acumuladas pela duração da transmissão da referência direcionada para cada automodo de banda larga pelos acumuladores 764a a 764d, respectivamente. Como mostrado na Tabela 9, a referência direcionada pode ser enviada para múltiplos automodos de banda larga dentro da mesma transmissão de referência direcionada, caso este em que a acumulação é efetuada separadamente para cada um de tais automodos de banda larga. No entanto, múltiplos símbolos de referência direcionada (que podem ser transmitidos em uma ou múltiplas transmissões de referência direcionada) para qualquer automodo de banda larga dado podem ser acumulados para obtenção de uma estimativa de qualidade mais elevada. Os acumuladores 764a a 764d provêem quatro elementos que são a estimativa de v *ut,m (k) am (k) , como mostrado na equação (13) .
Uma vez que os autovetores possuem potência unitária, o valor singular am(k) para cada automodo de banda larga pode ser estimado com base na potência recebida da referência direcionada. Uma unidade de cálculo de potência 766 recebe as saídas dos multiplicadores 762a a 7 62d e computa a potência recebida da referência direcionada, Pm(k), para cada automodo da sub-banda k. A estimativa do valor singular CTm(k) é, portanto, igual à raiz quadrada da potência recebida computada da referência direcionada dividida pela magnitude do símbolo de piloto (isto é, e r±(k) é o símbolo recebido na sub-banda k da antena de recepção i.
As saídas dos acumuladores 766a a 766d são, a seguir, escalonadas pelo inverso da estimativa de valor singular, CTm_1(k), pelos multiplicadores 768a a 768d, respectivamente para prover uma estimativa do vetor de direcionamento para cada automodo 0 processamento para a referência direcionada para o direcionamento de feixe pode ser efetuado de maneira similar. 0 processamento para a referência direcionada no uplink pode também ser efetuado de maneira similar para obter uma estimativa do vetor de direcionamento para cada automodo, Os pilotos aqui descritos podem ser implementados por vários meios. Por exemplo, o processamento para os vários tipos de piloto no ponto de acesso e no terminal de usuário pode ser implementado em hardware, software, ou uma combinação de tais. Para uma implementação em hardware, os elementos usados para processar os pilotos para transmissão e/ou recepção podem ser implementados dentro de um ou mais circuitos integrados de aplicação específica (ASICs) , processadores de sinais digitais (DSPs), dispositivos de processamento de sinal digital (DSPDs), dispositivos lógicos programáveis (PLDs), arranjos de porta programáveis no campo (FPGAs), processadores, controladores, micro-controladores, microprocessadores, outras unidades eletrônicas projetadas para efetuar as funções aqui descritas, ou uma combinação de tais.
Para uma implementação em software, parte do processamento para os vários tipos de piloto (por exemplo, o processamento espacial para uma transmissão de piloto e/ou estimação de canal com base no piloto recebido) pode ser implementada com módulos (por exemplo, procedimentos, funções e assim por diante) que efetuam as funções aqui descritas. Os códigos de software podem ser armazenados em uma unidade de memória (por exemplo, as unidades de memória 432 e 482 na Figura 4) e executados por um processador (por exemplo, os controladores 430 e 480). A unidade de memória pode ser implementada dentro do processador ou externa ao processador, caso este em que ela pode estar acoplada em comunicação com o processador através de vários dispositivos, como é conhecido na técnica.
Os cabeçalhos são aqui incluídos por referência e para auxiliar na localização de certas seções. Tais cabeçalhos não se destinam a limitar o escopo dos conceitos ali descritos e tais conceitos podem ter aplicabilidade em outras seções por todo o relatório descritivo. A descrição acima das modalidades reveladas é provida para permitir que qualquer pessoa versada na técnica fabrique ou faça uso da presente invenção. As várias modificações a essas modalidades ficarão prontamente claras para os versados na técnica e os princípios genéricos aqui definidos podem ser aplicados a outras modalidades sem se afastar do espírito ou do escopo da invenção. Dessa forma, a presente invenção não deve ser limitada às modalidades aqui mostradas, devendo receber o escopo mais amplo, consistente com os princípios e características novas aqui revelados.
REIVINDICAÇÕES

Claims (30)

1. Método para gerar um piloto direcionado em um sistema de comunicação sem fio de múltiplas entradas e múltiplas saidas, MIMO, caracterizado pelo fato de que compreende: obter um primeiro símbolo de piloto a ser transmitido a partir de uma pluralidade de antenas; obter um primeiro vetor de direcionamento para um primeiro canal espacial de um canal MIMO no sistema MIMO; e processar o primeiro símbolo de piloto com o primeiro vetor de direcionamento para obter um primeiro grupo de símbolos de transmissão, um símbolo de transmissão para cada uma da pluralidade de antenas, em que o primeiro grupo de símbolos de transmissão é para o piloto direcionado para o primeiro canal espacial.
2. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente: obter um segundo símbolo de piloto a ser transmitido a partir da pluralidade de antenas; obter um segundo vetor de direcionamento para um segundo canal espacial do canal MIMO; e processar o segundo símbolo de piloto com o segundo vetor de direcionamento para obter um segundo grupo de símbolos de transmissão para o piloto direcionado para o segundo canal espacial.
3. Método, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente: transmitir o primeiro grupo de símbolos de transmissão a partir da pluralidade de antenas em um primeiro período de símbolo; e transmitir o segundo grupo de símbolos de transmissão a partir da pluralidade de antenas em um segundo período de símbolo.
4. Método, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente: transmitir o primeiro grupo de simbolos de transmissão a partir da pluralidade de antenas em uma primeira sub-banda; e transmitir o segundo grupo de simbolos de transmissão a partir da pluralidade de antenas em uma segunda sub-banda.
5. Método, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que os primeiro e segundo grupos de simbolos de transmissão são transmitidos em um periodo de simbolo.
6. Método, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que os primeiro e segundo vetores de direcionamento estão associados a primeiro e segundo automodos, respectivamente, de uma matriz de resposta de canal para o canal MIMO, e em que os primeiro e segundo canais espaciais correspondem aos primeiro e segundo automodos, respectivamente.
7. Método, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que os primeiro e segundo vetores de direcionamento são ortogonais um ao outro.
8. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o primeiro vetor de direcionamento é obtido com base em um autovetor em uma matriz unitária para uma matriz de resposta de canal para o canal MIMO.
9. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o primeiro vetor de direcionamento inclui uma pluralidade de elementos possuindo igual magnitude, um elemento para cada uma da pluralidade de antenas.
10. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o primeiro vetor de direcionamento está associado a um automodo principal de uma matriz de resposta de canal para o canal MIMO.
11. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que: obter o primeiro simbolo de piloto a ser transmitido a partir de uma pluralidade de antenas compreende obter um primeiro conjunto de simbolos de piloto a ser transmitido a partir de uma pluralidade de antenas em um primeiro conjunto de sub-bandas; obter o primeiro vetor de direcionamento para um primeiro canal espacial de um canal MIMO no sistema MIMO compreende obter um primeiro conjunto de vetores de direcionamento para um primeiro canal espacial do primeiro conjunto de sub-bandas; e processar o primeiro simbolo de piloto com o primeiro vetor de direcionamento para obter um primeiro grupo de simbolos de transmissão compreende processar o primeiro conjunto de simbolos de piloto com o primeiro conjunto de vetores de direcionamento para obter um primeiro conjunto de vetores de simbolos, um vetor de simbolos no primeiro conjunto de vetores de simbolos para cada sub-banda no primeiro conjunto de sub-bandas, em que cada vetor de simbolos no primeiro conjunto de vetores de simbolos inclui uma pluralidade de simbolos de transmissão para a pluralidade de antenas e corresponde ao piloto direcionado para o primeiro canal espacial da sub-banda associada ao vetor de simbolos.
12. Método, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que compreende: obter um segundo conjunto de vetores de direcionamento para um segundo canal espacial do primeiro conjunto de sub-bandas; e processar o primeiro conjunto de simbolos de piloto com o segundo conjunto de vetores de direcionamento para obter um segundo conjunto de vetores de símbolos, em que cada vetor de símbolos no segundo conjunto de vetores de símbolos corresponde a um piloto direcionado para o segundo canal espacial da sub-banda associada ao vetor de símbolos.
13. Método, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente: transmitir o primeiro conjunto de vetores de símbolos a partir da pluralidade de antenas no primeiro conjunto de sub-bandas em um primeiro período de símbolo; e transmitir o segundo conjunto de vetores de símbolos a partir da pluralidade de antenas no primeiro conjunto de sub-bandas em um segundo período de símbolo.
14. Método, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente: obter um segundo conjunto de símbolos de piloto a ser transmitido a partir da pluralidade de antenas em um segundo conjunto de sub-bandas; obter um segundo conjunto de vetores de direcionamento para um primeiro canal espacial do segundo conjunto de sub-bandas; e processar o segundo conjunto de símbolos de piloto com o segundo conjunto de vetores de direcionamento para obter um segundo conjunto de vetores de símbolos, um vetor de símbolo no segundo conjunto de vetores de símbolo para cada sub-banda no segundo conjunto de sub-bandas, em que cada vetor de símbolos no segundo conjunto de vetores de símbolos corresponde a um piloto direcionado para o primeiro canal espacial da sub-banda associada ao vetor de símbolos.
15. Método, de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente: transmitir o primeiro conjunto de vetores de simbolos a partir da pluralidade de antenas no primeiro conjunto de sub-bandas; e transmitir o segundo conjunto de vetores de simbolos a partir da pluralidade de antenas no segundo conjunto de sub-bandas.
16. Método, de acordo com a reivindicação 15, caracterizado pelo fato de que o primeiro conjunto de vetores de simbolos e o segundo conjunto de vetores de simbolos são transmitidos em um periodo de simbolo.
17. Método, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que os simbolos de piloto no primeiro conjunto são selecionados de modo a possuir pequena variação de pico para média em uma forma de onda gerada com base nos simbolos de piloto.
18. Equipamento em um sistema de comunicação sem fio de múltiplas entradas e múltiplas saídas, MIMO, caracterizado pelo fato de que compreende: dispositivos para obter um primeiro símbolo de piloto a ser transmitido a partir de uma pluralidade de antenas; dispositivos para obter um primeiro vetor de direcionamento para um primeiro canal espacial de um canal MIMO no sistema MIMO; e dispositivos (710a) para processar o primeiro símbolo de piloto com o primeiro vetor de direcionamento para obter um primeiro grupo de símbolos de transmissão, um símbolo de transmissão para cada uma da pluralidade de antenas, em que o primeiro grupo de símbolos de transmissão é para um piloto direcionado para o primeiro canal espacial.
19. Equipamento, de acordo com a reivindicação 18, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente: dispositivos para obter um segundo símbolo de piloto a ser transmitido a partir da pluralidade de antenas; e dispositivos para obter um segundo vetor de direcionamento para um segundo canal espacial do canal MIMO; e dispositivos para processar o segundo símbolo de piloto com o segundo vetor de direcionamento para obter um segundo grupo de símbolos de transmissão para um piloto direcionado para o segundo canal espacial.
20. Método para receber um piloto direcionado em um sistema de comunicação sem fio de múltiplas entradas e múltiplas saídas, MIMO, caracterizado pelo fato de que compreende: receber um primeiro grupo de símbolos a partir de uma pluralidade de antenas para um primeiro piloto direcionado recebido através de um primeiro canal espacial de um canal MIMO no sistema MIMO, em que o primeiro piloto direcionado é gerado com base em um símbolo de piloto e um primeiro vetor de direcionamento para o primeiro canal espacial; processar o primeiro grupo de símbolos com o símbolo de piloto para obter um segundo grupo de símbolos; determinar um primeiro fator de escalonamento com base em uma potência estimada dos símbolos no primeiro grupo; e escalonar os símbolos no segundo grupo com o primeiro fator de escalonamento para obter um segundo vetor de direcionamento para o primeiro canal espacial.
21. Método, de acordo com a reivindicação 20, caracterizado pelo fato de que o primeiro piloto direcionado é transmitido em uma pluralidade de períodos de símbolo, o método compreendendo adicionalmente: acumular os símbolos no segundo grupo para a pluralidade de períodos de símbolo.
22. Método, de acordo com a reivindicação 20, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente: derivar um filtro casado para o primeiro canal espacial com base no segundo vetor de direcionamento.
23. Método, de acordo com a reivindicação 20, caracterizado pelo fato de que o segundo vetor de direcionamento é usado para processamento espacial de uma transmissão de dados enviada através do canal MIMO.
24. Método, de acordo com a reivindicação 20, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente: derivar um filtro casado no domínio de tempo para o primeiro canal espacial com base no segundo vetor de direcionamento para o primeiro canal espacial.
25. Método, de acordo com a reivindicação 24, caracterizado pelo fato de que o filtro casado no domínio de tempo compreende um pulso de filtro casado para cada uma da pluralidade de antenas.
26. Método, de acordo com a reivindicação 20, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente: receber um terceiro grupo de símbolos a partir da pluralidade de antenas para um segundo piloto direcionado recebido através de um segundo canal espacial do canal MIMO, em que o segundo piloto direcionado é gerado com base no símbolo de piloto e um primeiro vetor de direcionamento para o segundo canal espacial; processar o terceiro grupo de símbolos com o símbolo de piloto para obter um quarto grupo de símbolos; determinar um segundo fator de escalonamento com base em uma potência estimada dos símbolos no terceiro grupo; e escalonar os símbolos no quarto grupo com o segundo fator de escalonamento para obter um segundo vetor de direcionamento para o segundo canal espacial.
27. Ponto de acesso em um sistema de comunicação sem fio de múltiplas entradas e múltiplas saídas, MIMO, caracterizado pelo fato de que compreende: um processador espacial de transmissão operativo para gerar uma pluralidade de pilotos ortogonais para um piloto MIMO com base em um primeiro símbolo de piloto e uma pluralidade de seqüências ortogonais para uma pluralidade de antenas, em que a pluralidade de pilotos ortogonais é designada para transmissão a partir da pluralidade de antenas em um downlink no sistema MIMO; e um processador espacial de recepção operativo para processar um piloto direcionado recebido a partir de um terminal através de um canal espacial em um uplink no sistema MIMO, em que o piloto direcionado é gerado pelo terminal com base em um segundo símbolo de piloto e um vetor de direcionamento para o canal espacial, e em que o vetor de direcionamento é obtido pelo terminal com base no piloto MIMO recebido através do downlink.
28. Ponto de acesso, de acordo com a reivindicação 27, caracterizado pelo fato de que o processador espacial de transmissão é adicionalmente operativo para gerar um piloto sinalizador com base em um terceiro símbolo de piloto, em que o piloto sinalizador compreende um piloto comum adequado para transmissão a partir de cada uma da pluralidade de antenas no downlink.
29. Ponto de acesso, de acordo com a reivindicação 27, caracterizado pelo fato de que a pluralidade de seqüências ortogonais é de seqüências Walsh.
30. Ponto de acesso, de acordo com a reivindicação 27, caracterizado pelo fato de que o sistema MIMO utiliza multiplexação por divisão de freqüência ortogonal, OFDM, em que o piloto MIMO é gerado para um primeiro conjunto de sub-bandas, e em que o piloto direcionado é recebido em um segundo conjunto de sub-bandas .
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