ES2438718T3

ES2438718T3 - Pilotos para sistemas de comunicación de MIMO

Info

Publication number: ES2438718T3
Application number: ES11153572.0T
Authority: ES
Inventors: John W. Ketchum; Mark Wallace; Rodney J. Walton; Steven J. Howard
Original assignee: Qualcomm Inc
Current assignee: Qualcomm Inc
Priority date: 2002-10-25
Filing date: 2003-10-24
Publication date: 2014-01-20
Anticipated expiration: 2023-10-24
Also published as: US9312935B2; ATE525823T1; JP2010193468A; PT1556985E; EP2363970B1; US20110235744A1; HK1084266A1; US20150365147A1; BR0315536A; JP5221579B2; RU2349042C2; KR20050061559A; CA2501634C; RU2005115874A; KR101046824B1; BR122016029898B1; AU2003287297C1; TWI337478B; JP4657918B2; AU2009213065A1

Abstract

Un terminal (120x) en un sistema de comunicación inalámbrica de múltiples entradas y múltiples salidas, MIMO, que comprende: un procesador espacial (460) de recepción, operativo para procesar un piloto de MIMO recibido desde un punto de acceso por un enlace descendente en el sistema de MIMO, para obtener estimaciones de respuesta de canal para el enlace descendiente, en el cual el piloto de MIMO comprende una pluralidad de pilotos ortogonales generados en base a un primer símbolo piloto y una pluralidad de secuencias ortogonales asignadas a una pluralidad de antenas en el punto de acceso, con un piloto ortogonal para cada una entre la pluralidad de antenas; estando el terminal caracterizado por un procesador espacial (490) de transmisión, operativo para generar un piloto dirigido, en base a un segundo símbolo piloto y un vector de dirección para un canal espacial, por un enlace ascendente en el sistema de MIMO; y un controlador (480) operativo para obtener el vector de dirección para el canal espacial en el enlace ascendente, en base a las estimaciones de respuesta de canal obtenidas para el enlace descendente.

Description

Pilotos para sistemas de comunicacion de MIMO.

Antecedentes

I. Campo

La presente invencion se refiere, en general, a comunicaciones de datos y, mas especificamente, a pilotos adecuados para su uso en sistemas de comunicacion de multiples entradas y multiples salidas (MIMO).

II. Antecedentes

Un sistema de MIMO emplea multiples (NT) antenas transmisoras y multiples (NR) antenas receptoras para la transmision de datos. Un canal de MIMO formado por las NT antenas transmisoras y las NR receptoras se puede descomponer en NS canales independientes, que tambien se denominan como auto-modalidades, en los que NS � min {NT, NR}. Cada uno de los NS canales independientes corresponde a una dimension. El sistema de MIMO puede proporcionar un rendimiento mejorado (por ejemplo una capacidad de transmision incrementada y / o una mayor fiabilidad) si se utilizan las capacidades adicionales creadas por las multiples antenas transmisoras y receptoras.

En un sistema de comunicacion inalambrica, los datos a transmitir se modulan primero sobre una seral portadora de frecuencia de radio (RF) para generar una seral de RF modulada que sea mas adecuada para la transmision por un canal inalambrico. Para un sistema de MIMO, pueden ser generadas hasta NT serales de RF moduladas, y transmitidas simultaneamente desde las NT antenas transmisoras. Las serales de RF moduladas transmitidas pueden alcanzar las NR antenas receptoras mediante un cierto numero de trayectorias de propagacion en el canal inalambrico. Las caracteristicas de las trayectorias de propagacion varian habitualmente a lo largo del tiempo debido a un cierto numero de factores tales como, por ejemplo, el desvanecimiento, el multitrayecto e interferencias externas. En consecuencia, las serales de RF moduladas transmitidas pueden experimentar diferentes condiciones de canal (por ejemplo diferentes efectos de desvanecimiento y multitrayecto) y pueden estar asociadas a distintas ganancias complejas y razones entre seral y ruido (SNR).

Para alcanzar un alto rendimiento, es necesario a menudo caracterizar la respuesta del canal inalambrico. Por ejemplo, la respuesta del canal puede ser necesaria para que el transmisor realice un procesamiento espacial (descrito a continuacion) para la transmision de datos al receptor. La respuesta del canal puede ser necesaria tambien para que el receptor realice un procesamiento espacial sobre las serales recibidas para recuperar los datos transmitidos.

En muchos sistemas de comunicacion inalambrica, se transmite un piloto por parte del transmisor, para ayudar al receptor en la realizacion de un cierto numero de funciones. El piloto se genera habitualmente en base a simbolos conocidos y se procesa de una manera conocida. El piloto puede ser usado por el receptor para la estimacion del canal, la adquisicion de temporizacion y frecuencia, la demodulacion de datos y otros similares.

Se afrontan varios retos en el disero de una estructura piloto para un sistema de MIMO. Como un factor, la estructura de piloto necesita abordar las capacidades adicionales creadas por las multiples antenas transmisoras y multiples antenas receptoras. Como otro factor, dado que cada transmision piloto representa una sobrecarga en el sistema de MIMO, es deseable minimizar las transmisiones piloto hasta donde sea posible. Ademas, si el sistema de MIMO es un sistema de acceso multiple que presta soporte a la comunicacion con multiples usuarios, entonces es necesario diserar la estructura del piloto de modo que los pilotos necesarios para dar soporte a los multiples usuarios no consuman una gran parte de los recursos disponibles del sistema.

Por lo tanto, existe la necesidad en la tecnica de pilotos para sistemas de MIMO que respondan a las consideraciones anteriores.

El documento US 2002/0041635 describe un sistema en el cual uno o mas preambulos son insertados en tramas de serales de OFDM-MIMO. El preambulo es recibido por las antenas de un receptor, descodificado y comparado con valores conocidos para proporcionar la sincronizacion, el entramado, la estimacion de canales, los desplazamientos y otras correcciones para la seral.

Segun la invencion, se proporciona un terminal segun la reivindicacion 1.

Se proporcionan en la presente memoria pilotos adecuados para su uso en sistemas de MIMO. Estos pilotos pueden dar soporte a varias funciones que pueden ser necesarias para un adecuado funcionamiento del sistema, tal como la adquisicion de temporizacion y frecuencia, la estimacion del canal, la calibracion y otros similares. Puede considerarse que los pilotos sean de distintos tipos, que son diserados y usados para distintas funciones.

Los diversos tipos de piloto pueden incluir: un piloto de balizamiento, un piloto de MIMO, una referencia dirigida o piloto dirigido, y un piloto de portadora. El piloto de balizamiento es transmitido desde todas las antenas transmisoras y puede ser usado para la adquisicion de temporizacion y frecuencia. El piloto de MIMO tambien es transmitido desde todas las antenas transmisoras, pero esta cubierto con distintos codigos ortogonales asignados a las antenas

transmisoras. El piloto de MIMO puede ser usado para la estimacion de canal. La referencia dirigida es transmitida por auto-modalidades especificas de un canal de MIMO, y es especifica para el terminal de usuario. La referencia dirigida puede ser usada para la estimacion de canal y, posiblemente, el control de velocidad. El piloto de portadora puede ser transmitido por ciertas subbandas / antenas designadas, y puede ser usado para el rastreo de fase de una seral portadora.

Diversos esquemas de transmision de pilotos pueden ser ideados en base a distintas combinaciones de estos diversos tipos de piloto. Por ejemplo, en el enlace descendente, un punto de acceso puede transmitir un piloto de balizamiento, un piloto de MIMO y un piloto de portadora para todos los terminales de usuario dentro de su area de cobertura y, optativamente, puede transmitir una referencia dirigida a cualquier terminal de usuario activo que este recibiendo una transmision de enlace descendente desde el punto de acceso. En el enlace ascendente, un terminal de usuario puede transmitir un piloto de MIMO para su calibracion y puede transmitir una referencia dirigida y un piloto de portadora cuando este planificado (p. ej., para transmisiones de datos de enlace descendente y / o de enlace ascendente). El procesamiento para transmitir y recibir estos diversos tipos de pilotos esta descrito en mayor detalle mas adelante.

Se describen tambien varios aspectos y realizaciones de la invencion con mas detalle a continuacion.

Breve descripción de los dibujos

Las caracteristicas y naturaleza de la presente invencion devendran mas evidentes a partir de la descripcion detallada explicada a continuacion, cuando se considere conjuntamente con los dibujos, en los que los caracteres de referencia similares identifican de modo correspondiente en toda la extension de la memoria y en los que:

la FIG. 1 muestra un sistema de MIMO de acceso multiple;

la FIG. 2 muestra una estructura de trama ejemplar para la transmision de datos en un sistema de MIMO-OFDM de TDD;

la FIG. 3 muestra transmisiones de pilotos del enlace descendente y del enlace ascendente para un esquema ejemplar de transmisiones de piloto;

la FIG. 4 muestra un diagrama de bloques de un punto de acceso y un terminal de usuario;

la FIG. 5 muestra un diagrama de bloques de un procesador espacial de transmision que puede generar un piloto de balizamiento;

la FIG. 6A muestra un diagrama de bloques de un procesador espacial de transmision que puede generar un piloto de MIMO;

la FIG. 68 muestra un diagrama de bloques de un procesador espacial de recepcion que puede proporcionar una estimacion de respuesta de canal en base a un piloto de MIMO recibido;

la FIG. 7A muestra un diagrama de bloques de un procesador espacial de transmision que puede generar una referencia dirigida; y

la FIG. 78 muestraun diagrama de bloques de unprocesador espacialde recepcionque puede proporcionaruna estimacion de respuesta de canal en base a una referencia dirigida recibida.

Descripción detallada

La palabra "ejemplar" se usa en la presente memoria para indicar "que sirve como un ejemplo, caso o ilustracion". Ninguna realizacion o disero descrito en la presente memoria como "ejemplar" ha de ser interpretada necesariamente como preferido o ventajoso sobre otras realizaciones o diseros.

La FIG. 1 muestra un sistema 100 de MIMO de acceso multiple que da soporte a un cierto numero de usuarios y es capaz de implementar los pilotos descritos en la presente memoria. El sistema 100 de MIMO incluye un cierto numero de puntos de acceso (AP) 110 que dan soporte a la comunicacion para un cierto numero de terminales de usuario (UT) 120. Para simplificar, solamente se muestran en la FIG. 1 dos puntos 110a y 110b de acceso. Un punto de acceso es generalmente una estacion fija que se usa para la comunicacion con los terminales de usuario. Un punto de acceso puede ser denominado tambien estacion base, o usar alguna otra terminologia.

Los terminales 120 de usuario pueden estar dispersos por todo el sistema. Cada terminal de usuario puede ser un terminal fijo o movil que puede comunicarse con el punto de acceso. Un terminal de usuario puede denominarse tambien un terminal de acceso, una estacion movil, una estacion remota, un equipo de usuario (UE), un dispositivo inalambrico, o con alguna otra terminologia. Cada terminal de usuario puede comunicarse con uno o, posiblemente, multiples puntos de acceso, por el enlace descendente y / o el enlace ascendente, en cualquier momento dado. El enlace descendente (es decir, el enlace directo) se refiere a la transmision desde el punto de acceso al terminal de usuario y el enlace ascendente (es decir el enlace inverso) se refiere a la transmision desde el terminal de usuario al

punto de acceso. Como se usa en la presente memoria, un terminal de usuario "activo" es uno que recibe una transmision de enlace descendente desde un punto de acceso y / o transmite una transmision de enlace ascendente al punto de acceso.

En la FIG. 1, el punto 110a de acceso se comunica con los terminales 120a a 120f de usuario, y el punto 110b de acceso se comunica con los terminales 120f a 120k de usuario. La asignacion de terminales de usuario a puntos de acceso se basa habitualmente en la intensidad de la seral recibida y no en la distancia. En cualquier momento dado, un terminal de usuario puede recibir una transmision de enlace descendente desde uno o multiples puntos de acceso. Un controlador 130 del sistema conecta a los puntos 110 de acceso y puede estar diserado para realizar un cierto numero de funciones, tales como (1) la coordinacion y el control para los puntos de acceso conectados con el,

(2): el encaminamiento de los datos entre estos puntos de acceso y (3) el acceso y el control de la comunicacion con los terminales de usuario servidos por estos puntos de acceso.

I.: Pilotos

Se proporcionan en la presente memoria pilotos adecuados para su uso en sistemas de MIMO, tal como el mostrado en la FIG. 1. Estos pilotos pueden dar soporte a varias funciones que pueden ser necesarias para un funcionamiento apropiado del sistema, tal como la adquisicion de temporizacion y frecuencia, la estimacion del canal, la calibracion y otras similares. Se puede considerar a los pilotos como de diferentes tipos, que se diseran y usan para diferentes funciones. La Tabla 1 enumera cuatro tipos de pilotos y su descripcion corta para un disero ejemplar de pilotos. Se pueden definir tambien menos pilotos, pilotos diferentes y / o adicionales, y esto cae dentro del alcance de la invencion.

Tabla 1 - Tipos de pilotos

Tipo de piloto: Descripción

Piloto de balizamiento: Un piloto transmitido desde todas las antenas transmisoras y usado para adquisicion de temporizacion y frecuencia

Piloto de MIMO: Un piloto transmitido desde todas las antenas transmisoras con diferentes codigos ortogonales, y usado para la estimacion del canal.

Referencia dirigida o piloto dirigido: Un piloto transmitido por auto-modalidades especificas de un canal de MIMO para un terminal de usuario especifico, y usado para la estimacion del canal y, posiblemente, el control de velocidad.

Piloto de portadora: Un piloto usado para seguimiento de fase de una seral portadora.

Referencia dirigida y piloto dirigido son expresiones sinonimas.

Se pueden concebir varios esquemas de transmisiones de piloto en base a cualquier combinacion de estos diversos tipos de pilotos. Por ejemplo, en el enlace descendente, un punto de acceso puede transmitir un piloto de balizamiento, un piloto de MIMO y un piloto de portadora para todos los terminales de usuario dentro de su area de cobertura y puede transmitir, optativamente, una referencia dirigida a cualquier terminal de usuario activo que este recibiendo una transmision de enlace descendente desde el punto de acceso. En el enlace ascendente, un terminal de usuario puede transmitir un piloto de MIMO para su calibracion y puede transmitir una referencia dirigida y un piloto de portadora cuando se planifique (por ejemplo, para transmisiones de datos del enlace descendente y / o ascendente). El procesamiento para transmitir y recibir estos varios tipos de pilotos se describe con mas detalle a continuacion.

Los pilotos descritos en la presente memoria se pueden usar para varios tipos de sistemas de MIMO. Por ejemplo, los pilotos se pueden usar para (1) sistemas de MIMO de portadora unica, (2) sistemas de MIMO de portadora multiple que emplean el multiplexado por division de frecuencia ortogonal (ODFM), o alguna otra tecnica de modulacion de portadora multiple, (3) sistemas de MIMO que implementan tecnicas de acceso multiple tales como el acceso multiple por division de frecuencia (FDMA), el acceso multiple por division del tiempo (TDMA) y el acceso multiple por division de codigo (CDMA), (4) sistemas de MIMO que implementan el multiplexado por division de frecuencia (FDM), el multiplexado por division del tiempo (TDM) y / o el multiplexado por division de codigo (CDM) para transmisiones de datos, (5) sistemas de MIMO que implementan el duplexado por division del tiempo (TDD), el duplexado por division de frecuencia (FDD) y / o el duplexado por division de codigo (CDD) para los canales del enlace descendente y ascendente y (6) otros tipos de sistemas de MIMO. Para mayor claridad, los pilotos se describen a continuacion primero para un sistema de MIMO que implementa el OFDM (es decir un sistema de MIMO-OFDM) y a continuacion para un sistema de MIMO-OFDM de TDD.

El OFDM divide de modo efectivo el ancho de banda global del sistema en un cierto numero (NF) de subbandas ortogonales, que se denominan tambien tonos, contenedores de frecuencia o subcanales de frecuencia. Con el OFDM, cada subbanda se asocia a una subportadora respectiva, sobre la cual se pueden modular los datos. Para un sistema de MIMO-OFDM, cada subbanda se puede asociar a un cierto numero de auto-modalidades y cada automodalidad de cada subbanda se puede ver como un canal de transmision independiente.

Para mayor claridad, se describe a continuacion una estructura de piloto especifica para un sistema ejemplar de MIMO-OFDM. En este sistema de MIMO-OFDM, el ancho de banda del sistema se divide en 64 subbandas ortogonales (es decir NF = 64), a las que se asignan indices entre -32 y +31. De estas 64 subbandas, 48 subbandas (por ejemplo, con los indices de ±{1,...,,6, 8,..., 20, 22,..., 26}) pueden usarse para transmisiones de datos, 4 subbandas (por ejemplo, con indices de +{7, 21}) se pueden usar para un piloto de portadora y, posiblemente, la seralizacion, la subbanda de DC (con indice de 0) no se usa y las subbandas restantes tampoco se usan y sirven como subbandas de guarda. Por tanto, del total de 64 subbandas, las 52 subbandas "utilizables" incluyen las 48 subbandas de datos y 4 subbandas piloto, y las restantes 12 subbandas no se usan. Esta estructura de subbandas de OFDM se describe con mas detalle en la Solicitud provisional de Patente Estadounidense con N° de Serie 60/421.309. Se pueden implementar tambien un numero diferente de subbandas y otras estructuras de subbandas de OFDM para el sistema de MIMO-OFDM, y esto cae dentro del ambito de la invencion.

Para el OFDM, los datos a transmitir por cada subbanda utilizable se modulan primero (es decir, se correlacionan con simbolos) usando un esquema de modulacion particular (por ejemplo 8PSK, QPSK o M-QAM) seleccionado para su uso para esa subbanda. Un simbolo de modulacion se puede transmitir en cada subbanda utilizable en cada periodo de simbolos. Cada simbolo de modulacion es un valor complejo para un punto especifico en una constelacion de serales que corresponde al esquema de modulacion seleccionado. Los valores de seral de cero se pueden enviar por las subbandas no usadas. Para cada periodo de simbolos de OFDM, los simbolos de modulacion para las subbandas utilizables y los valores de seral cero para las subbandas no usadas (es decir, los simbolos de modulacion y ceros para todas las NF subbandas) son transformadas al dominio del tiempo usando una transformada de Fourier rapida inversa (IFFT), para obtener un simbolo transformado que comprende NF muestras en el dominio del tiempo. Para combatir la interferencia entre simbolos (ISI), una parte de cada simbolo transformado se repite frecuentemente (lo que tambien se denomina adicion de un prefijo ciclico) para formar un correspondiente simbolo de OFDM, que se transmite a continuacion por el canal inalambrico. Un periodo de simbolos de OFDM, que se denomina tambien, en la presente memoria, un periodo de simbolos, corresponde a la duracion de un simbolo de OFDM.

1. Piloto de balizamiento

El piloto de balizamiento incluye un conjunto especifico de simbolos piloto que se transmiten desde cada una de las NT antenas transmisoras. El mismo conjunto de simbolos piloto se transmite para los N8 periodos de simbolos designados para la transmision de pilotos de balizamiento. En general, NB puede ser cualquier valor entero igual a uno, o mayor.

En una realizacion ejemplar, el conjunto de simbolos piloto para el piloto de balizamiento es un conjunto de 12 simbolos de modulacion 8PSK para 12 subbandas especificas, que se denomina un simbolo "8" de OFDM. Los 12 simbolos de modulacion 8PSK para el simbolo 8 de OFDM se dan en la Tabla 2. Los valores de seral de cero se transmiten por las restantes 52 subbandas no utilizadas.

Tabla 2 - Simbolos piloto

Índice deSubbanda: Piloto deBalizamientob(k) Piloto deMIMO p(k) Índice deSubbanda Piloto deBalizamientob(k) Piloto deMIMO p(k) Índice deSubbanda Piloto deBalizamientob(k) Piloto deMIMO p(k) Índice deSubbanda Piloto deBalizamientob(k) Piloto deMIMO p(k)

0
0: -13 0 1-j 1 0 1-j 15 0 1+j

-26: 0 -1-j -12 -1-j 1-j 2 0 -1-j 16 1+j -1+j

-25: 0 - 1+j -11 0 -1-j 3 0 -1-j 17 0 -1+j

-24: 1+j -1+j -10 0 -1-j 4 -1-j -1-j 18 0 1-j

-23: 0 -1+j -9 0 1-j 5 0 -1+j 19 0 1+j

-22: 0 1-j -8 -1-j -1-j 6 0 1+j 20 1+j -1+j

-21: 0 1-j -7 0 1+j 7 0 -1-j 21 0 1+j

-20: -1-j 1+j -6 0 -1+j 8 -1-j -1+j 22 0 -1+j

-19: 0 -1-j -5 0 -1-j 9 0 -1-j 23 0 1+j

-18: 0 -1+j -4 1+j -1+j 10 0 -1-j 24 1+j -1+j

-17: 0 1+j -3 0 -1+j 11 0 1+j 25 0 1-j

-16: 1+j -1+j -2 0 1-j 12 1+j 1-j 26 0 -1-j

-15: 0 1-j -1 0 -1+j 13 0 -1+j 0 0

-14: 0 1+j 0 0 0 14 0 -1-j

Para la realizacion ejemplar, y como se muestra en la Tabla 2, para el piloto de balizamiento, se transmite el simbolo de modulacion 8PSK (1+j) en las subbandas -24, -16, -4, 12, 16, 20 y 24, y se transmite el simbolo de modulacion 8PSK -(1+j) en las subbandas -20, -12, -8, 4 y 8. Los valores de seral cero se transmiten en las restantes 52 subbandas para el piloto de balizamiento.

El simbolo 8 de OFDM esta diserado para facilitar la adquisicion de temporizacion y frecuencia del sistema por los terminales de usuario. Para la realizacion ejemplar del simbolo 8 de OFDM descrito anteriormente, solamente se usan 12 de las 64 subbandas totales, y estas subbandas estan separadas entre si por cuatro subbandas. Esta separacion de 4 subbandas permite al terminal de usuario tener un error de frecuencia inicial de hasta dos subbandas. El piloto de balizamiento permite al terminal de usuario corregir su error grueso de frecuencia inicial y corregir su frecuencia de modo que la deriva de fase en toda la duracion del piloto de balizamiento sea pequera (por ejemplo, menor que 45 grados a lo largo de la duracion del piloto de balizamiento, a una velocidad de muestreo de 20 MHz). Si la duracion del piloto de balizamiento es de 8 Is, entonces los 45 grados (o menos) de deriva de fase a lo largo de los 8 Is son iguales a la de 360 grados durante 64 Is, que es de aproximadamente 16 kHz.

El error de frecuencia de 16 kHz es habitualmente demasiado grande para el funcionamiento. Se puede obtener una correccion de frecuencia adicional usando el piloto de MIMO y el piloto de portadora. Estos pilotos abarcan un periodo de tiempo suficientemente largo, de modo que la frecuencia del terminal de usuario se pueda corregir para quedar dentro del objetivo deseado (por ejemplo, 250 Hz). Por ejemplo, si una trama de TDD es de 2 ms (como se describe a continuacion) y si la frecuencia del terminal de usuario es precisa dentro de un margen de 250 Hz, entonces habra menos de un medio ciclo de cambio de fase durante una trama de TDD. La diferencia de fase, entre una trama de TDD y otra, del piloto de balizamiento se puede usar para enclavar la frecuencia del terminal de usuario con el reloj en el punto de acceso, reduciendo efectivamente de esa forma el error de frecuencia a cero.

En general, el conjunto de simbolos piloto usados para el piloto de balizamiento se puede obtener usando cualquier esquema de modulacion. Asi, se pueden usar tambien otros simbolos de OFDM obtenidos usando 8PSK o algun otro esquema de modulacion para el piloto de balizamiento, y esto cae dentro del alcance de la invencion.

En un disero ejemplar, estan disponibles cuatro antenas transmisoras para la transmision del piloto de balizamiento. La Tabla 4 enumera los simbolos de OFDM a transmitir desde cada una de las cuatro antenas transmisoras para una transmision del piloto de balizamiento que abarca dos periodos de simbolos.

Tabla 3 - Piloto de balizamiento

Periodo de Símbolos: Antena 1 Antena 2 Antena 3 Antena 4

1: 8 8 8 8

2: 8 8 8 8

2. Piloto de MIMO

El piloto de MIMO incluye un conjunto especifico de simbolos piloto, que se transmite desde cada una de las NT antenas transmisoras. Para cada antena transmisora, se transmite el mismo conjunto de simbolos piloto durante NP periodos de simbolos designados para la transmision del piloto de MIMO. Sin embargo, el conjunto de simbolos piloto para cada antena transmisora se "cubre" con una unica secuencia, o codigo, ortogonal asignada a esa antena. La cobertura es un proceso mediante el que un determinado piloto o simbolo de datos (o un conjunto de L pilotos / simbolos de datos con el mismo valor) a transmitir se multiplica por todos los L chips de una secuencia ortogonal de L chips para obtener L simbolos cubiertos, que se transmiten a continuacion. El descubrimiento es un proceso complementario mediante el que los simbolos recibidos se multiplican por los L chips de la misma secuencia ortogonal de L chips para obtener L simbolos descubiertos, que se acumulan a continuacion para obtener una estimacion del piloto o simbolo de datos transmitido. La cobertura consigue la ortogonalidad entre las NT transmisiones piloto desde las NT antenas transmisoras y permite a un receptor distinguir las antenas transmisoras individuales, como se describe a continuacion. La duracion de la transmision del piloto de MIMO puede depender de su uso, como se describe a continuacion. En general, NP puede ser cualquier valor entero, igual a uno o superior.

Se puede usar un conjunto, o diferentes conjuntos, de simbolos piloto para las NT antenas transmisoras. En una realizacion ejemplar, se usa un conjunto de simbolos piloto para todas las NT antenas transmisoras para el piloto de MIMO y este conjunto incluye 52 simbolos de modulacion QPSK para las 52 subbandas utilizables, lo que se denomina un simbolo "P" de OFDM. Los 52 simbolos de modulacion QPSK para el simbolo P de OFDM se dan en la Tabla 2. Se transmiten valores de seral de cero en las restantes 12 subbandas no utilizadas.

Los 52 simbolos de modulacion QPSK forman una unica "palabra" que esta diserada para facilitar la estimacion de canal por los terminales de usuario. Esta palabra unica se selecciona para que tenga una variacion minima entre maximo y promedio en una onda generada en base a estos 52 simbolos de modulacion.

Es bien conocido que el OFDM esta asociado, en general, a variaciones mayores entre maximo y promedio, en la onda transmitida, que las de alguna otra tecnica de modulacion (por ejemplo, CDMA). Como resultado, para evitar al recorte en los circuitos (por ejemplo, el amplificador de potencia) en la cadena de transmision, los simbolos de OFDM se transmiten habitualmente con un nivel de potencia reducido, es decir, rebajados a partir del nivel maximo de potencia de transmision. La rebaja se usa para tener en cuenta las variaciones en la onda para estos simbolos de OFDM. Mediante la minimizacion de la variacion entre maximo y promedio en la onda para el simbolo P de OFDM, se puede transmitir el piloto de MIMO en un nivel de potencia mas alto (es decir, se puede aplicar una rebaja mas pequera para el piloto de MIMO). La potencia de transmision mas alta para el piloto de MIMO daria como resultado entonces una calidad mejorada de la seral recibida para el piloto de MIMO en el receptor. La menor variacion entre pico y promedio puede reducir tambien la magnitud de la distorsion y la no linealidad generada por los circuitos en las cadenas de transmision y recepcion. Estos diversos factores pueden dar como resultado una precision mejorada para una estimacion de canal obtenida en base al piloto de MIMO.

Un simbolo de OFDM con una variacion minima entre maximo y promedio puede ser obtenido de varias maneras. Por ejemplo, se puede realizar una busqueda aleatoria en la que un gran numero de conjuntos de simbolos piloto sean aleatoriamente formados y evaluados para encontrar el conjunto que tenga la minima variacion entre maximo y promedio. El simbolo P de OFDM mostrado en la Tabla 2 representa un simbolo ejemplar de OFDM que puede ser usado para el piloto de MIMO. En general, el conjunto de simbolos piloto usados para el piloto de MIMO se puede obtener usando cualquier esquema de modulacion. Por tanto, tambien pueden ser usados varios otros simbolos de OFDM, obtenidos usando QPSK o algun otro esquema de modulacion, para el piloto de MIMO, y esto cae dentro del alcance de la invencion.

Se pueden usar varios codigos ortogonales para cubrir los simbolos P de OFDM enviados por las NT antenas transmisoras. Ejemplos de tales codigos ortogonales incluyen los codigos de Walsh y los codigos de factores de dispersion variable ortogonal (OVSF). Se pueden usar tambien codigos seudo ortogonales o codigos cuasi ortogonales para cubrir los simbolos P de OFDM. Un ejemplo de un codigo seudo ortogonal es la secuencia M, que es bien conocida en la tecnica. Un ejemplo de un codigo cuasi ortogonal es la funcion cuasi ortogonal (QOF) definida por el estandar IS-2000. En general, se pueden usar varios tipos de codigos para la cobertura, algunos de los cuales se han indicado anteriormente. Para simplificar, la expresion "codigo ortogonal" se usa en la presente memoria para referirse genericamente a cualquier tipo de codigo adecuado para su uso en la cobertura de simbolos piloto. La longitud (L) del codigo ortogonal se selecciona para que sea mayor que, o igual a, el numero de antenas transmisoras (por ejemplo, L ≥ NT) y se dispone de L codigos ortogonales para su uso. Cada antena transmisora tiene asignado un unico codigo ortogonal. Los NP simbolos P de OFDM a enviar en los NP periodos de simbolos desde cada antena transmisora son cubiertos con el codigo ortogonal asignado a esa antena transmisora.

En una realizacion ejemplar, estan disponibles cuatro antenas transmisoras y se asignan 4 secuencias de Walsh de 4 chips, de W1 = 1111, W2 = 1010, W3 =1100 y W4 = 1001 para el piloto de MIMO. Para una secuencia de Walsh dada, un valor de "1" indica que se transmite un simbolo P de OFDM y un valor de "0" indica que se transmite un simbolo -P de OFDM. Para un simbolo -P de OFDM, se invierte (es decir se multiplica por -1) cada uno de los 52 simbolos de modulacion QPSK en el simbolo P de OFDM. El resultado de la cobertura para cada antena transmisora es una secuencia de simbolos P de OFDM cubiertos para esa antena transmisora. La cobertura se realiza, en efecto, por separado para cada una de las subbandas, para generar una secuencia de simbolos piloto cubiertos para esa subbanda. Las secuencias de simbolos piloto cubiertos para todas las subbandas forman la secuencia de simbolos cubiertos P de OFDM.

La Tabla 4 enumera los simbolos de OFDM a transmitir desde cada una de las cuatro antenas transmisoras para una transmision de piloto de MIMO que abarca cuatro periodos de simbolos.

Tabla 4 - Pilotos de MIMO

Periodo de Símbolos: Antena 1 Antena 2 Antena 3 Antena 4

1: +P +P +P +P

2: +P -P +P -P

3: +P +P -P -P

4: +P -P -P +P

Para este conjunto de secuencias de Walsh de 4 chips, la transmision del piloto de MIMO puede ocurrir en un multiplo entero de cuatro periodos de simbolos, para asegurar la ortogonalidad entre las cuatro transmisiones de piloto desde las cuatro antenas transmisoras. La secuencia de Walsh simplemente se repite para una transmision de piloto de MIMO que sea mas larga que la longitud de la secuencia deWalsh.

El canal inalambrico para el sistema de MIMO-OFDM puede ser caracterizado por un conjunto de paquetes de

respuesta de canal H(k), para el indice de subbanda k E K, donde K = ±{1... 26} para la estructura ejemplar de subbandas descrita anteriormente. La matriz H(k) para cada subbanda incluye NTNR valores, {hi,j(k)}, para i E {1... NR} y j E {1... NT}, donde hi,j(k) representa la ganancia de canal entre la j-esima antena transmisora y la i-esima antena receptora.

El piloto de MIMO puede ser usado por el receptor para estimar la respuesta del canal inalambrico. En particular, para recuperar el piloto enviado desde la antena transmisora j y recibido por la antena receptora i, los simbolos de OFDM recibidos en la antena i se multiplican primero por la secuencia de Walsh asignada a la antena transmisora j. Los simbolos de OFDM "descubiertos" para todos los NP periodos de simbolos para el piloto de MIMO se acumulan luego, donde la acumulacion se puede realizar individualmente para cada una de las 52 subbandas utilizables. La acumulacion se puede realizar tambien en el dominio del tiempo sobre los simbolos de OFDM recibidos (tras la eliminacion del prefijo ciclico en cada simbolo de OFDM). La acumulacion se realiza muestra por muestra, para los multiples simbolos de OFDM recibidos, donde las muestras para cada simbolo de OFDM corresponden a diferentes subbandas si la acumulacion se realiza despues de la FFT, y a diferentes indices de tiempo si la acumulacion se

realiza antes de la FFT. El resultado de la acumulacion es

, para k E K, que son estimaciones de la respuesta del canal desde la antena transmisora j a la antena receptora i para las 52 subbandas utilizables. Se puede realizar el mismo procesamiento para estimar la respuesta del canal desde cada antena transmisora a cada antena receptora. El procesamiento del piloto proporciona NTNR valores complejos para cada subbanda, donde los valores

complejos son elementos de la matriz para la estimacion de la respuesta del canal para esa subbanda.

El procesamiento del piloto descrito anteriormente puede ser realizado por el punto de acceso para obtener la

estimacion de la respuesta del canal, , para el enlace ascendente y tambien puede ser realizado por el

terminal de usuario para obtener la estimacion de la respuesta del canal, , para el enlace descendente.

3. Referencia dirigida o piloto dirigido

Para un sistema de MIMO-OFDM, la matriz de respuesta del canal, H(k), para cada subbanda se puede "diagonalizar" para obtener las NS auto-modalidades para esa subbanda, donde NS min{NT, NR}. Esto se puede conseguir mediante la realizacion, bien de una descomposicion en valores singulares sobre la matriz de respuesta del canal, H(k), o bien la descomposicion en auto-valores sobre la matriz de correlacion de H(k), que es R(k) = HH(k) H(k). Para mayor claridad, se usa para la descripcion siguiente la descomposicion en valores singulares.

La descomposicion en valores singulares de la matriz de respuesta del canal, H(k), se puede expresar como:

H(k) = U(k) Σ(k) VH(k), para k E K, Ec. (1)

donde

U(k) es una matriz unitaria de dimensiones (NR× NR) de auto-vectores izquierdos de H(k);

L(k) es una matriz diagonal de dimensiones (NR × NT) de valores singulares de H(k);

V(k) es una matriz unitaria de dimensiones (NT× NT) de auto-vectores derechos de H(k); y

"H" indica la conjugada traspuesta.

Una matriz unitaria M se caracteriza por la propiedad MH M = I, donde I es la matriz identidad.

La descomposicion en valores singulares esta descrita con mas detalle por Gilbert Strang en un libro titulado "LinearAlgebra and Its Applications" ["Algebra lineal y sus aplicaciones"], segunda edicion, Academic Press, 1980. Una auto-modalidad normalmente se refiere a una construccion teorica. El canal de MIMO se puede ver tambien como incluyente de NS canales espaciales que se pueden usar para la transmision de datos / pilotos. Cada canal espacial puede o no corresponder a una auto-modalidad, segun que haya tenido exito o no el procesamiento espacial en el transmisor para la diagonalizacion del canal de MIMO. Por ejemplo, los flujos de datos se transmiten por canales espaciales (y no auto-modalidades) de un canal de MIMO si el transmisor no tiene ningun conocimiento, o una estimacion imperfecta, del canal de MIMO. Para simplificar, la expresion "auto-modalidad" se usa tambien en la presente memoria para indicar el caso en el que se realiza un intento de diagonalizar el canal de MIMO, incluso aunque pueda no tener exito totalmente, debido, por ejemplo, una estimacion de canal imperfecta.

La matriz diagonal L(k) para cada subbanda contiene valores reales no negativos a lo largo de la diagonal y ceros en todos los otros lugares. Estas entradas diagonales se denominan valores singulares de H(k) y representan las ganancias para los canales independientes (o auto-modalidades) del canal de MIMO para la k-esima subbanda.

La descomposicion en auto-valores se puede realizar independientemente para la matriz de respuesta del canal, H(k), para cada una de las 52 subbandas utilizables, para determinar las NS auto-modalidades para la subbanda. Los valores singulares para cada matriz diagonal L(k) se pueden ordenar de modo que {o1(k) � o2(k) �... � oNS (k)}, donde o1(k) es el valor singular mas grande, o2(k) es el segundo valor singular mas grande, y asi sucesivamente, y oNS (k) es el valor singular mas pequero para la k-esima subbanda. Cuando los valores singulares para cada matriz diagonal L(k) se ordenan, los auto-vectores (o columnas) de las matrices asociadas U(k) y V(k) se ordenan tambien de manera correspondiente. Despues del ordenamiento, o1(k) representa el valor singular para la mejor automodalidad para la subbanda k, que se denomina tambien frecuentemente la auto-modalidad "principal".

Una auto-modalidad de "banda ancha" se puede definir como el conjunto de auto-modalidades del mismo orden de todas las subbandas despues del ordenamiento. Asi, la m-esima auto-modalidad de banda ancha incluye la m-esima auto-modalidad de todas las subbandas. Cada auto-modalidad de banda ancha se asocia a un conjunto respectivo de auto-vectores para todas las subbandas. La auto-modalidad "principal" de banda ancha es la asociada al valor

singular mas grande en cada matriz de cada subbanda despues del ordenamiento.

La matriz V(k) incluye NT auto-vectores que se pueden usar para el procesamiento espacial en el transmisor, donde V(k) = [v1(k) v2(k)... vNT (k)] y vm(k) es la m-esima columna de V(k), que es el auto-vector para la m-esima automodalidad. Para una matriz unitaria, los auto-vectores son ortogonales entre si. Los auto-vectores se denominan tambien vectores "de direccion".

Una referencia dirigida (es decir, un piloto dirigido) comprende uno o mas conjuntos de simbolos piloto que se transmiten desde las NT antenas transmisoras. En una realizacion, se transmite un conjunto de simbolos pilotos por un conjunto de subbandas para una auto-modalidad de banda ancha en un periodo de simbolos dado, mediante la realizacion de un procesamiento espacial con un conjunto de vectores de direccion para esa auto-modalidad de banda ancha. En otra realizacion, se transmiten multiples conjuntos de simbolos piloto por multiples conjuntos disjuntos de subbandas para multiples auto-modalidades de banda ancha en un periodo de simbolos dado, mediante la realizacion del procesamiento espacial con multiples conjuntos de vectores de direccion para estas automodalidades de banda ancha (usando el multiplexado de subbandas, que se describe a continuacion). Para mayor claridad, las descripcion siguiente supone que se transmite un conjunto de simbolos piloto por una auto-modalidad de banda ancha en un periodo de simbolos dado (es decir, sin ningun multiplexado de subbanda).

En una realizacion, el conjunto de simbolos piloto para la referencia dirigida es el mismo simbolo P de OFDM usado para el piloto de MIMO. Sin embargo, se pueden usar tambien otros diversos simbolos de OFDM para la referencia dirigida, y esto cae dentro del ambito de la invencion.

Una referencia dirigida transmitida para la m-esima auto-modalidad de banda ancha (usando formacion de haces, que se describe a continuacion) se puede expresar como:

xm(k) = vm(k) . p(k), para k E K, Ec. (2)

donde

xm(k) es un vector de transmision de dimensiones (NT x 1) para la m-esima auto-modalidad de la k-esima subbanda;

vm(k) es el vector de direccion para la m-esima auto-modalidad de la k-esima subbanda; y

p(k) es el simbolo piloto para la k-esima subbanda (por ejemplo, como se da en la Tabla 2).

El vector xm(k) incluye NT simbolos de transmision a enviar desde las NT antenas transmisoras para la k- esima subbanda.

La referencia dirigida puede ser usada por el receptor para estimar un vector que se pueda usar para el procesamiento espacial tanto de la recepcion como de la transmision de datos, como se describe a continuacion. El procesamiento para la referencia dirigida se describe con mas detalle a continuacion.

4. Piloto de portadora

La estructura ejemplar de subbandas de OFDM descrita anteriormente incluye cuatro subbandas piloto con indices de -21, -7, 7 y 21. En una realizacion, un piloto de portadora se transmite por las cuatro subbandas piloto en todos los periodos de simbolos que no se usen para algunos otros tipos de piloto. El piloto de portadora puede ser usado por el receptor para rastrear los cambios en la fase de una seral portadora de RF y las desviaciones en los osciladores, tanto en el transmisor como en el receptor. Esto puede proporcionar un rendimiento mejorado de la demodulacion de datos.

En una realizacion, el piloto de portadora comprende cuatro secuencias piloto Pc1(n), Pc2(n), Pc3(n) y Pc4(n), que se transmiten en las cuatro subbandas piloto. En una realizacion, las cuatro secuencias piloto se definen como sigue:

Pc1(n) = Pc2(n) = Pc3(n) = –Pc4(n), Ec. (3)

donde n es un indice para el periodo de simbolos (o el simbolo de OFDM).

Las secuencias piloto se pueden definir en base a varias secuencias de datos. En una realizacion, la secuencia piloto Pc1(n) se genera en base a un polinomio G(x) = x7 + x4 + x, donde el estado inicial se establece en todos unos y los bits de salida se correlacionan con valores de seral de la siguiente manera: 1 � -1 y 0 � 1. La secuencia piloto Pc1(n), para n = {1, 2,... 127}, se puede expresar entonces como:

Pc1(n) = {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,-1,-1,1}.

Los valores de "1" y "-1" en la secuencia piloto Pc1(n) se pueden correlacionar con simbolos piloto usando un esquema de modulacion particular. Por ejemplo, usando 8PSK, un "1" se puede correlacionar con 1+j y un "-1" se puede correlacionar con -(1+j). Si hay mas de 127 simbolos de OFDM, entonces la secuencia piloto se puede repetir de modo que Pc1(n) = Pc1(n mod 127) para n � 127.

En una realizacion, las cuatro secuencias piloto Pc1(n), Pc2(n), Pc3(n) y Pc4(n) se transmiten por cuatro pares diferentes de subbanda / antena. La Tabla 5 muestra una asignacion ejemplar de las cuatro secuencias piloto a las cuatro subbandas piloto y cuatro antenas transmisoras.

Tabla 5 - Piloto de portadora

Subbanda: Antena 1 Antena 2 Antena 3 Antena 4

-21: Pc1(n) - - -

-7: - Pc2(n) - -

7: - - Pc3(n) -

21: - - - Pc4(n)

Como se muestra en la Tabla 5, la secuencia piloto Pc1(n) se transmite por la subbanda -21 de la antena 1, la secuencia piloto Pc2(n) se transmite por la subbanda -7 de la antena 2, la secuencia piloto Pc3(n) se transmite por la subbanda 7 de la antena 3 y la secuencia piloto Pc4(n) se transmite por la subbanda 21 de la antena 4. Cada secuencia piloto se transmite asi por una unica subbanda y una unica antena. Este esquema de transmision del piloto de portadora evita la interferencia que resultaria si una secuencia piloto se transmitiese por multiples antenas transmisoras por una subbanda dada.

En otra realizacion, las cuatro secuencias piloto se transmiten por la auto-modalidad principal de sus subbandas asignadas. El procesamiento espacial para los simbolos de piloto de portadora es similar al procesamiento espacial para la referencia dirigida, que se ha descrito anteriormente y que se muestra en la ecuacion (2). Para transmitir el piloto de portadora por la auto-modalidad principal, se usa el vector de direccion v1(k) para el procesamiento espacial. Por tanto, la secuencia piloto Pc1(n) se procesa espacialmente con el vector de direccion v1(-26), la secuencia piloto Pc2(n) se procesa espacialmente con el vector de direccion v1(-7), la secuencia piloto Pc3(n) se procesa espacialmente con el vector de direccion v1(7) y la secuencia piloto Pc4(n) se procesa espacialmente con el vector de direccion v1(26).

II. Pilotos para sistemas de MIMO de portadora unica

Los pilotos descritos en la presente memoria se pueden usar tambien para sistemas de MIMO de portadora unica que no emplean el OFDM. En tal caso, aun es aplicable la mayor parte de la descripcion anterior, pero sin el indice k de subbanda. Para el piloto de balizamiento, se puede transmitir un simbolo piloto b de modulacion especifico para cada una de las NT antenas transmisoras. Para el piloto de MIMO, se puede cubrir un simbolo piloto p de modulacion especifico con NT secuencias ortogonales y transmitirlo desde las NT antenas transmisoras. El simbolo piloto b puede ser el mismo que, o diferente a, el simbolo piloto p. La referencia dirigida se puede transmitir como se muestra en la ecuacion (2). Sin embargo, el vector de transmision xm, el vector de direccion vm y el simbolo piloto p no son funciones del indice k de subbanda. El piloto de portadora se puede transmitir en una forma multiplexada por division del tiempo o puede simplemente ser omitido.

Para un sistema de MIMO-OFDM, el prefijo ciclico se usa habitualmente para asegurar la ortogonalidad entre las subbandas en presencia de retardo extendido en el sistema, y los codigos ortogonales permiten la identificacion de las antenas transmisoras individuales. Para un sistema de MIMO de portadora unica, se confia en los codigos ortogonales tanto para la ortogonalidad como para la identificacion de la antena. Por tanto, los codigos ortogonales usados para cubrir los simbolos piloto en un sistema de MIMO de portadora unica se pueden seleccionar para que tengan unas buenas propiedades de correlacion cruzada y de pico a lobulo lateral (es decir, la correlacion entre dos secuencias ortogonales cualesquiera, usadas para la cobertura, es pequera en presencia de dispersion de retardo en el sistema). Un ejemplo de un codigo ortogonal de ese tipo con buenas propiedades de correlacion cruzada y de pico a lobulo lateral es la secuencia M y sus versiones desplazadas en el tiempo. Sin embargo, se pueden usar tambien otros tipos de codigos para la cobertura de simbolos piloto para el sistema de MIMO de portadora unica.

Para un sistema de MIMO de portadora unica de banda ancha, la referencia dirigida se puede transmitir de varias maneras para tener en cuenta el desvanecimiento selectivo de frecuencia (es decir, una respuesta de frecuencia que no sea plana sobre la banda operativa). Se describen a continuacion varios esquemas para la transmision de una referencia dirigida en un sistema de MIMO de portadora unica de banda ancha. En general, un transmisor puede transmitir una onda de referencia que se procesa de la misma manera que, o de manera similar a, el procesamiento usado para transmitir datos de trafico por auto-modalidades especificas de banda ancha. El receptor puede luego correlacionar de alguna manera la onda recibida con una copia generada localmente de la onda de referencia transmitida, y extraer informacion acerca del canal que permita al receptor estimar un filtro adaptado al canal.

En un primer esquema, un transmisor obtiene inicialmente un vector de direccion vm(k) para una auto-modalidad. El vector de direccion vm(k) se puede obtener transmitiendo periodicamente simbolos piloto de OFDM, realizando analisis en el dominio de la frecuencia en un piloto de MIMO recibido que se haya transmitido sin OFDM, o por algun otro medio. Para cada valor de k, donde 1 k NF, vm(k) es un vector de dimension NT con NT entradas para NT antenas transmisoras. El transmisor realiza luego una transformada de Fourier rapida inversa sobre cada una de las NT posiciones de vector del vector de direccion vm(k), con k como la variable de frecuencia en el calculo de la IFFT, para obtener un pulso correspondiente en el dominio del tiempo para una antena de transmision asociada. Cada posicion vectorial del vector vm(k) incluye NF valores para NF subbandas de frecuencia, y el pulso correspondiente en el dominio del tiempo es una secuencia de NF valores en el dominio del tiempo. El terminal arade entonces un prefijo ciclico a este pulso en el dominio del tiempo para obtener un pulso de referencia dirigido para la antena transmisora. Se genera un conjunto de NT pulsos de referencia dirigidos para cada auto-modalidad, y que se puede transmitir en el mismo intervalo de tiempo para todas las NT antenas transmisoras. Se pueden generar multiples conjuntos de pulsos para multiples auto-modalidades, y se pueden transmitir en una forma de TDM.

Para el primer esquema, un receptor muestrea la seral recibida para obtener un vector recibido rm(n), elimina el prefijo ciclico y realiza una transformada de Fourier rapida en cada posicion vectorial del vector rm(n) recibido, para obtener una estimacion de una entrada correspondiente de H(k) vm(k). Cada posicion vectorial del vector rm(n) recibido (despues de la eliminacion del prefijo ciclico) incluye NF muestras en el dominio del tiempo. El receptor usa luego la estimacion de H(k) vm(k) para sintetizar un filtro adaptado al dominio del tiempo que se puede usar para filtrar una transmision de datos recibidos. El filtro adaptado al dominio del tiempo incluye un pulso de filtro adaptado para cada una de las antenas recibidas. La sintesis del filtro adaptado al dominio del tiempo se describe en la Solicitud de Patente Estadounidense, con N° de Serie 10/017.308, transferida legalmente, titulada "Time-Domain Transmit and Receive Processing �ith Channel Eigen-mode Decomposition for MIMO Systems" ["Procesamiento de transmision y recepcion en el dominio del tiempo con descomposicion de auto-modalidades de canal para sistemas de MIMO"], presentada el 7 de diciembre de 2001.

Para el primer esquema, el procesamiento del transmisor para la referencia dirigida en un sistema de MIMO de portadora unica es similar al procesamiento del transmisor para la referencia dirigida en un sistema de MIMO-OFDM. Sin embargo, se transmite otra transmision despues de la referencia dirigida por una onda de portadora unica, como la descrita en la Solicitud de Patente Estadounidense con N° de Serie 10/017.308. Ademas, el receptor usa la referencia dirigida para sintetizar filtros adaptados al dominio del tiempo, como se ha descrito anteriormente.

En un segundo esquema, un transmisor aisla un componente unico de multitrayecto para el canal de banda ancha. Esto se puede conseguir, por ejemplo, buscando un piloto de MIMO recibido con un correlacionador deslizante, de manera similar a la realizada frecuentemente en sistemas de CDMA para buscar componentes de multitrayecto. El transmisor entonces trata este componente de multitrayecto como un canal de banda estrecha y obtiene un vector de direccion unico vm para el componente de multitrayecto para cada auto-modalidad. De nuevo, se pueden generar multiples vectores de direccion para multiples auto-modalidades para este componente de multitrayecto.

III. Estructura piloto para un sistema de MIMO-OFDM de TDD

Los pilotos descritos en la presente memoria se pueden usar para varios sistemas de MIMO y de MIMO-OFDM. Estos pilotos se pueden usar para sistemas que usan una banda de frecuencia comun, o bandas de frecuencias separadas, para el enlace descendente y el enlace ascendente. Para mayor claridad, se describe a continuacion una estructura piloto ejemplar para un sistema ejemplar de MIMO-OFDM. Para este sistema de MIMO-OFDM, el enlace descendente y el enlace ascendente son duplexados por division del tiempo (TDD) en una unica banda de frecuencia.

La FIG. 2 muestra un ejemplo de una estructura 200 de trama que se puede usar para un sistema de MIMO-OFDM de TDD. La transmision de datos ocurre en unidades de tramas TDD, cada una de las cuales abarca un periodo de tiempo especifico (por ejemplo, 2 ms). Cada trama TDD se divide en una fase de enlace descendente y una fase de enlace ascendente. La fase de enlace descendente se divide adicionalmente en multiples segmentos para multiples canales de transporte de enlace descendente. En la realizacion mostrada en la FIG. 2, los canales de transporte del enlace descendente incluyen un canal de emision (8CH), un canal de control directo (FCCH) y un canal directo (FCH). De modo similar, la fase de enlace ascendente se divide en multiples segmentos para multiples canales de transporte del enlace ascendente. En la realizacion mostrada en la FIG. 2, los canales de transporte del enlace ascendente incluyen un canal inverso (RCH) y un canal de acceso aleatorio (RACH).

En el enlace descendente, se usa un segmento 210 del 8CH para transmitir una unidad de datos de protocolo (PDU) 212 del 8CH, que incluye una parte 214 para un piloto de balizamiento, una parte 216 para un piloto de MIMO y una parte 218 para un mensaje del 8CH. El mensaje del 8CH transporta parametros del sistema para los terminales de usuario en el sistema. Se usa un segmento 220 del FCCH para transmitir una PDU del FCCH, que transporta asignaciones para los recursos del enlace descendente y del enlace ascendente y otra seralizacion para los terminales de usuario. Se usa un segmento 230 del FCH para transmitir una o mas PDU 232 del FCH. Se pueden definir diferentes tipos de PDU del FCH. Por ejemplo, una PDU 232a del FCH incluye una parte 234a para un piloto y una parte 236a para un paquete de datos. Una PDU 232b del FCH incluye una parte unica 236b para un paquete de datos. Una PDU 232c del FCH incluye una parte unica 234c para un piloto.

En el enlace ascendente, se usa un segmento 240 del RCH para transmitir una o mas PDU 242 del RCH en el enlace ascendente. Se pueden definir tambien diferentes tipos de PDU del RCH. Por ejemplo, una PDU 242a del RCH incluye una unica parte 246a para un paquete de datos. Una PDU 242b del RCH incluye una parte 244b para un piloto y una parte 246b para un paquete de datos. Una PDU 242c del RCH incluye una unica parte 244c para un piloto. Un segmento 250 del RACH es usado por los terminales de usuario para obtener acceso al sistema y para enviar mensajes cortos por el enlace ascendente. Se puede enviar una PDU 252 del RACH dentro del segmento 250 del RACH, y que incluye una parte 254 para un piloto y una parte 256 para un mensaje.

Para la realizacion mostrada en la FIG. 2, los pilotos de balizamiento y de MIMO se envian por el enlace descendente en cada trama TDD en el segmento del 8CH. Un piloto puede o no ser enviado en cualquier PDU dada del FCH / RCH. Si se envia el piloto, entonces puede abarcar la totalidad o solo una parte de la PDU, como se muestra la FIG. 2. Se envia un piloto en una PDU del RACH para permitir al punto de acceso estimar los vectores pertinentes durante el acceso. La parte de piloto se denomina tambien un "preambulo". El piloto que se envia en cualquier PDU dada del FCH / RCH puede ser una referencia dirigida o un piloto de MIMO, segun la finalidad para la que se usa el piloto. El piloto enviado en una PDU del RACH es habitualmente una referencia dirigida, aunque tambien se puede enviar en su lugar un piloto de MIMO. El piloto de portadora se transmite en las subbandas piloto y en las partes que no se usan para otras transmisiones piloto. El piloto de portadora no se muestra en la FIG. 2, para simplificar. Las duraciones de las diversas partes en la FIG. 2 no estan dibujadas a escala.

La estructura de tramas y los canales de transporte mostrados en la FIG. 2 se describen en detalle en la Solicitud de Patente Estadounidense provisional con N° de Serie 60/421.309.

1. Calibracion

Para un sistema de MIMO-OFDM de TDD con una banda de frecuencia compartida, se puede suponer que las respuestas de canal de enlace descendente y de enlace ascendente son reciprocas entre si. Esto es, si H(k) representa una matriz de respuesta de canal desde una formacion A de antenas a una formacion 8 de antenas para la subbanda k, entonces un canal reciproco implica que el acoplamiento desde la formacion 8 a la formacion A viene dado por HT(k), donde HT indica la traspuesta de H. Para el sistema de MIMO-OFDM de TDD, se pueden explotar las caracteristicas reciprocas de canal para simplificar la estimacion de canal y el procesamiento espacial, tanto en el transmisor como en el receptor.

Sin embargo, las respuestas de frecuencia de las cadenas de transmision y recepcion en el punto de acceso son habitualmente diferentes a las respuestas de frecuencia de las cadenas de transmision y recepcion en el terminal de usuario. Una respuesta "efectiva" del canal del enlace descendente, Hdn(k), y una respuesta "efectiva" del canal del enlace ascendente, Hup(k), que incluyen las respuestas de las cadenas de transmision y recepcion aplicables, se puede expresar como:

Hdn(k) = Rut(k) H(k) Tap(k), para k E K, y Ec. (4)

Hup(k) = Rap(k) HT(k) Tut(k), para k E K,

donde Tap(k) y Rap(k) son matrices diagonales de dimension Nap × Nap para las respuestas de frecuencia de la cadena de transmision y la cadena de recepcion, respectivamente, en el punto de acceso para la subbanda k;

Tut(k) y Rut(k) son matrices diagonales de dimension Nut × Nut para las respuestas de frecuencia de la cadena de transmision y la cadena de recepcion, respectivamente, en el terminal de usuario para la subbanda k;

Nap es el numero de antenas en el punto de acceso; y

Nut es el numero de antenas en el terminal de usuario.

Combinando las ecuaciones en el conjunto (4) de ecuaciones, se obtiene lo siguiente:

Hup(k) Kut(k) = (Hdn(k) Kap(k))T, para k E K, Ec. (5)

donde Kut(k) = T-1ut(k) Rut(k) y Kap(k) = T-1ap(k) Rap(k). Debido a que Tut(k), Rut(k), Tap(k) y Rap(k) son matrices diagonales, Kap(k) y Kut(k) son tambien matrices diagonales.

Se puede realizar una calibracion para obtener las estimaciones,

y

de las matrices diagonales reales,

Kap(k) y Kut(k), para k E K. Las matrices

y

contienen factores de correccion que pueden justificar las diferencias en las respuestas de frecuencia de las cadenas de transmision / recepcion en el punto de acceso y en el terminal de usuario. Una respuesta de canal de enlace ascendente "calibrada", Hcdn(k), observada por el terminal de usuario, y una respuesta de canal de enlace ascendente "calibrada", Hcup(k), observada por el punto de acceso, se pueden expresar entonces como:

Hcdn(k) = Hdn(k) , para k E K, y Ec. (6a)

Hcup(k) = Hup(k) , para k E K, donde Ec. (6b)

Hcdn(k) � HT cup(k), para k E K. Ec. (6c).

La precision de la relacion en la ecuacion (6c) depende de la precision de las matrices de correccion, Kap(k) y que a su vez depende de la calidad de las estimaciones de las respuestas efectivas de canal del enlace

descendente y del enlace ascendente,

y , usadas para obtener estas matrices de correccion. Se puede

definir un vector de correccion

para incluir solamente los Nut elementos diagonales de

, y se puede

definir un vector de correccion para incluir solamente los Nap elementos diagonales de

. La calibracion se describe en detalle en la Solicitud de Patente Estadounidense provisional con N° de Serie 60/421.462.

Los pilotos descritos en la presente memoria se pueden usar tambien para sistemas de MIMO y de MIMO-OFDM que no realicen la calibracion. Para mayor claridad, la descripcion siguiente supone que se realiza la calibracion y

que se usan las matrices de correccion Kap(k) y

en los trayectos de transmision en el punto de acceso y en el terminal de usuario, respectivamente.

2. Pilotos de balizamiento y MIMO

Como se muestra en la FIG. 2, el piloto de balizamiento y el piloto de MIMO se transmiten por el enlace descendente en el 8CH para cada trama TDD. El piloto de balizamiento puede ser usado por los terminales de usuario para adquisicion de temporizacion y frecuencia. El piloto de MIMO puede ser usado por los terminales de usuario para (1) obtener una estimacion del canal de MIMO del enlace descendente, (2) obtener los vectores de direccion para la transmision del enlace ascendente y (3) obtener un filtro adaptado para la transmision del enlace descendente, como se describe a continuacion.

En un esquema ejemplar de transmision de piloto, el piloto de balizamiento se transmite durante dos periodos de simbolos y el piloto de MIMO se transmite durante ocho periodos de simbolos al comienzo del segmento del 8CH. La Tabla 6 muestra los pilotos de balizamiento y de MIMO para este esquema ejemplar.

Tabla 6 - Pilotos de balizamiento y de MIMO para el 8CH 5

Tipo de Piloto: Periodo de símbolos Antena 1 Antena 2 Antena 3 Antena 4

Piloto de balizamiento: 1 8 8 8 8

2: 8 8 8 8

3: +P +P +P +P

4: +P -P +P -P

Piloto de MIMO: 5 +P +P -P -P

6: +P -P -P +P

7: +P +P +P +P

8: +P -P +P -P

9: +P +P -P -P

10: +P -P -P +P

35 El piloto de balizamiento trasmitido en el enlace descendente se puede expresar como:

b(k), para k E K, Ec. (7) donde xdn,bp(k) es un vector de transmision para la subbanda k para el piloto de balizamiento; y b(k) es el simbolo piloto a transmitir en la subbanda k para el piloto de balizamiento, que se da en la Tabla 2. Como se muestra en la ecuacion (7), el piloto de balizamiento es ajustado a escala mediante el vector de correccion

pero no esta sometido a ningun otro procesamiento espacial. El piloto de MIMO transmitido en el enlace descendente se puede expresar como:

xdn,bp(k) =

Wdn,n p(k), para k E K, Ec. (8)

xdn,mp,n(k) =

donde

xdn,mp,n(k) es un vector de transmision de dimension (Nap x 1) para la subbanda k en el periodo de simbolos n para el piloto de MIMO del enlace descendente;

wdn,n es un vector de dimension (Nap x 1) con Nap chips de Walsh para las Nap antenas transmisoras en el punto de acceso en el periodo de simbolos n para el piloto de MIMO del enlace descendente y

p(k) es el simbolo piloto a transmitir en la subbanda k para el piloto de MIMO, que se da en la Tabla 2.

Como se muestra en la ecuacion (8), el piloto de MIMO es cubierto por el vector wdn,n y ajustado adicionalmente a

escala por la matriz de correccion , pero no se somete a ningun otro procesamiento espacial. Se usa el mismo vector de Walsh wdn,n para todas los subbandas y por ello wdn,n no es una funcion del indice k de subbanda. Sin embargo, dado que cada secuencia de Walsh es una unica secuencia de 4 chips de Walsh para 4 periodos de simbolos, wdn,n es una funcion del periodo n de simbolos. El vector wdn,n incluye por ello Nap chips de Walsh a usar para las Nap antenas transmisoras en el punto de acceso durante el periodo n de simbolos. Para el esquema mostrado en la Tabla 6, los cuatro vectores wdn,n, para n = {3, 4, 5, 6}, para los primeros cuatro periodos de simbolos de la transmision piloto de MIMO por el 8CH son w3 = [1 1 1 1], w4 = [1 -1 1 -1], w5 = [1 1 -1 -1], w6 = [1 -1 -1 1] y los cuatro vectores wdn,n, para n = {7, 8, 9, 10}, para los siguientes cuatro periodos de simbolos se repiten de modo que w7 = w3, w8 = w4, w9 =w5 y w10 = w6.

El piloto de MIMO transmitido en el enlace ascendente se puede expresar como:

wup,n p(k), para k E K, Ec. (9)

xup,mp,n(k) =

donde xup,mp,n(k) es un vector de transmision de dimension (Nut x 1) para la subbanda k en el periodo n de simbolos para el piloto de MIMO del enlace ascendente. El vector de Walsh wup,n usado para el piloto de MIMO del enlace ascendente puede ser el mismo que, o diferente a, el vector de Walsh wdn,n usado para el piloto de MIMO del enlace descendente. Por ejemplo, si un terminal de usuario esta equipado solamente con 2 antenas de transmision, entonces wup,n puede incluir 2 secuencias de Walsh con una longitud de 2 o superior.

3. Procesamiento espacial

Como se ha descrito anteriormente, la matriz de respuesta de canal para cada subbanda se puede diagonalizar para obtener las NS auto-modalidades para esa subbanda. La descomposicion en valores singulares de la matriz calibrada de respuesta de canal del enlace ascendente, Hcup(k), se puede expresar como:

Hcup(k) = Uap(k) Σ(k) VH ut(k), para k E K, Ec. (10) 5

donde

Uap(k) es una matriz unitaria de dimension (Nut × Nut) de los auto-vectores izquierdos de Hcup(k); L(k) es una matriz diagonal de dimension (Nut × Nap) de los valores singulares de Hcup(k); y

Vut(k) es una matriz unitaria de dimension (Nap × Nap) de los auto-vectores derechos de Hcup(k).

De modo similar, la descomposicion en valores singulares de la matriz calibrada de respuesta de canal del enlace descendente, Hcdn(k), se puede expresar como:

Hcdn(k) =

Σ(k) UT ap(k), para k E K, Ec. (11)

donde las matrices

y U* ap(k) son matrices unitarias de los auto-vectores izquierdos y derechos, respectivamente, de Hcdn(k).

Como se muestra en las ecuaciones (10) y (11), y en base a la descripcion anterior, las matrices de los autovectores izquierdos y derechos para un enlace son la conjugada compleja de las matrices de los auto-vectores derechos e izquierdos, respectivamente, para el otro enlace. Para simplificar, la referencia a las matrices Uap(k) y Vut(k) en la siguiente descripcion se puede referir tambien a sus diversas otras formas (por ejemplo, Vut(k) se puede

referir a Vut(k), , VT ut(k) y VH ut(k)). Las matrices Uap(k) y Vut (k) pueden ser usadas por el punto de acceso y el terminal de usuario, respectivamente, para el procesamiento espacial, y se indican como tales con sus subindices.

En una realizacion, el terminal de usuario puede estimar la respuesta calibrada de canal del enlace descendente en base a un piloto de MIMO transmitido por el punto de acceso. El terminal de usuario puede luego realizar una descomposicion en valores singulares de la estimacion calibrada de respuesta de canal del enlace descendente,

, para k E K, para obtener la matriz diagonal y la matriz de los auto-vectores izquierdos de

para cada subbanda. Esta descomposicion en valores singulares se puede dar como

, donde el acento circunflejo ("�") sobre cada matriz indica que es una estimacion de la matriz real. De modo similar, el punto de acceso puede estimar la respuesta calibrada de canal del enlace ascendente en base a un piloto de MIMO transmitido por el terminal de usuario. El punto de acceso puede realizar entonces la descomposicion en valores singulares de la estimacion calibrada de la respuesta de canal del enlace

ascendente,

, para k E K, para obtener la matriz diagonal y la matriz Uap(k) de los auto-vectores

izquierdos de

(k) para cada subbanda. Esta descomposicion en valores singulares se puede dar como

. El punto de acceso y el terminal de usuario pueden obtener tambien los autovectores requeridos en base a una referencia dirigida, como se describe a continuacion.

La transmision de datos puede suceder en una auto-modalidad, o en multiples auto-modalidades, de banda ancha para cada enlace. El numero especifico de auto-modalidades de banda ancha a usar para la transmision de datos depende habitualmente de las condiciones de canal y se puede seleccionar de varias maneras. Por ejemplo, las auto-modalidades de banda ancha se pueden seleccionar mediante el uso de un procedimiento de rellenado que intenta maximizar el caudal global mediante (1) la seleccion del mejor conjunto de una o mas auto-modalidades de banda ancha para su uso y (2) la distribucion de la potencia de transmision total entre las auto-modalidades de banda ancha seleccionadas.

El sistema de MIMO-OFDM puede por ello diserarse para dar soporte a multiples modalidades operativas, que incluyen:

�: Modalidad de multiplexado espacial -usada para transmitir datos por multiples auto-modalidades de banda ancha, y

�: Modalidad de direccion del haz -usada para transmitir datos por la principal (mejor) auto-modalidad de banda ancha.

La transmision de datos por multiples auto-modalidades de banda ancha se puede lograr mediante la realizacion de un procesamiento espacial con multiples conjuntos de auto-vectores en las matrices Uap(k) o Vut(k), para k E K (es decir, un conjunto de auto-vectores para cada auto-modalidad de banda ancha). La Tabla 7 resume el procesamiento espacial en el punto de acceso y en el terminal de usuario tanto para la transmision como para la recepcion de datos en la modalidad de multiplexado espacial.

40 Tabla 7 - Procesamiento espacial para la modalidad de multiplexado espacial

Enlace descendente: Enlace ascendente

Punto de acceso: Transmision: Recepcion:

Terminal de usuario: Recepcion: Transmision:

En la Tabla 7, s(k) es un vector de "datos" con hasta NS entradas no nulas para los simbolos de modulacion a transmitir por las NS auto-modalidades de la subbanda k, x(k) es un vector de transmision para la subbanda k, r(k) es

un vector recibido para la subbanda k y es una estimacion del vector de datos s(k) transmitido. Los subindices "dn" y "up" para estos vectores indican, respectivamente, las transmisiones del enlace descendente y del enlace ascendente.

La transmision de datos por una auto-modalidad de banda ancha se puede lograr mediante el uso, bien de una "formacion de haces", o bien de una "direccion de haces". Para la formacion de haces, los simbolos de modulacion

se procesan espacialmente con un conjunto de auto-vectores

(k), para k E K, para la auto-modalidad principal de banda ancha. Para la direccion de haces, los simbolos de modulacion se procesan espacialmente con

un conjunto de auto-vectores "normalizados" (o "saturados") , para k E K, para la auto-modalidad

principal de banda ancha. Los auto-vectores normalizados se pueden obtener como se describe a continuacion.

El procesamiento espacial para las modalidades de multiplexado espacial y de direccion de haces se describe en detalle en las Solicitudes de Patente Estadounidense provisional con numeros de serie 60 / 421.309 y 60 / 421.428. Las referencias dirigidas para las modalidades de multiplexado espacial y de direccion de haces se describen a continuacion.

4. Referencia dirigida

Para un canal reciproco (por ejemplo, despues de que se haya realizado la calibracion para tener en cuenta las diferencias en las cadenas de transmision / recepcion en el punto de acceso y en el terminal de usuario), una referencia dirigida puede ser transmitida por el terminal de usuario, y usada por el punto de acceso para obtener

estimaciones tanto de

como de

, para k E K, sin tener que estimar el canal de MIMO o realizar la descomposicion en valores singulares. De modo similar, una referencia dirigida puede ser transmitida por el punto de

acceso y usada por el terminal de usuario para obtener las estimaciones tanto de

como de , para k E K.

En una realizacion, la referencia dirigida comprende un conjunto de simbolos piloto (por ejemplo los simbolos P de OFDM) que se transmite por una auto-modalidad de banda ancha en un periodo de simbolos dado, mediante la realizacion de un procesamiento espacial con un conjunto de auto-vectores no normalizados, o normalizados, para esa auto-modalidad de banda ancha. En una realizacion alternativa, la referencia dirigida comprende multiples conjuntos de simbolos piloto que se transmiten por multiples auto-modalidades de banda ancha en el mismo periodo de simbolos, mediante la realizacion del procesamiento espacial con multiples conjuntos de auto-vectores no normalizados, o normalizados, para estas auto-modalidades de banda ancha. En cualquier caso, la referencia dirigida se transmite desde todas las Nap antenas en el punto de acceso (para el enlace descendente) y todas las Nut antenas en el terminal de usuario (para el enlace ascendente). Para mayor claridad, la descripcion a continuacion supone que la referencia dirigida se transmite para una auto-modalidad de banda ancha en un periodo de simbolos dado.

A. Referencia dirigida de enlace descendente -Modalidad de multiplexado espacial

Para la modalidad de multiplexado espacial, la referencia dirigida del enlace descendente transmitida, por la mesima auto-modalidad de banda ancha, por el punto de acceso, se puede expresar como:

, para k E K Ec. (12)

donde xdn,sr,m(k) es el vector transmitido para la k-esima subbanda de la m-esima auto-modalidad de banda ancha;

es el auto-vector para la k-esima subbanda de la m-esima auto-modalidad de banda ancha; y

p(k) es el simbolo piloto a transmitir en la subbanda k para la referencia dirigida (por ejemplo, como se da en la Tabla 2).

El vector de direccion

es la m-esima columna de la matriz

, donde

La referencia dirigida del enlace descendente recibida en el terminal de usuario para la modalidad de multiplexado espacial se puede expresar como:

para k E K, Ec. (13)

10 donde om(k) es el valor singular para la k-esima subbanda de la m-esima auto-modalidad de banda ancha.

8. Referencia dirigida de enlace descendente -Modalidad de direccion de haces Para la modalidad de direccion de haces, el procesamiento espacial en el transmisor se realiza usando un conjunto

generada usando el conjunto de auto-vectores normalizados para la auto-modalidad principal de banda ancha puede ser enviada luego por el transmisor y usada por el receptor para obtener el filtro adaptado para la modalidad de direccion de haces.

Para la modalidad de direccion de haces, la referencia dirigida del enlace descendente transmitida, por la auto20 modalidad principal de banda ancha, por el punto de acceso se puede expresar como:

, para k E K, Ec. (14)

donde

es el auto-vector normalizado para la k-esima subbanda de la auto-modalidad principal de banda ancha, que se puede expresar como:

, Ec. (15) 25 donde A es una constante (por ejemplo, A = 1); y

�ut(k) es la fase para la k-esima subbanda de la i-esima antena de transmision, que viene dada como:

. Ec. (16) Como se muestra en la ecuacion (15), los Nap elementos del vector

tienen iguales magnitudes, pero, posiblemente, fases diferentes. Como se muestra en la ecuacion (16), la fase de cada elemento en el vector

La referencia dirigida del enlace descendente recibida en el terminal de usuario para la modalidad de direccion de haces se puede expresar como:

, para k E K. Ec. (17)

5 C. Referencia dirigida del enlace ascendente - Modo de multiplexado espacial Para la modalidad de multiplexado espacial, la referencia dirigida del enlace ascendente transmitida, por la m-esima auto-modalidad de banda ancha, por el terminal de usuario se puede expresar como: , para k E K. Ec. (18)

El vector es la m-esima columna de la matriz , donde

.

La referencia dirigida del enlace ascendente recibida en el punto de acceso para la modalidad de multiplexado 10 espacial se puede expresar como:

, para k E K. Ec. (19)

D. Referencia dirigida del enlace ascendente - Modalidad de direccion de haces Para la modalidad de direccion de haces, la referencia dirigida del enlace ascendente transmitida, por la auto

modalidad principal de banda ancha, por el terminal de usuario se puede expresar como: , para k E K. Ec. (20)

El auto-vector normalizado

para la k-esima subbanda para la auto-modalidad principal de banda ancha se 15 puede expresar como:

, para k E K. Ec. (21)

donde

. Ec. (22) Como se muestra en la ecuacion (22), la fase de cada elemento en el vector

se obtiene a partir del elemento correspondiente del auto-vector . 20 La referencia dirigida del enlace ascendente recibida en el punto de acceso para la modalidad de direccion de haces se puede expresar como:

, para k E K. Ec. (23)

La Tabla 8 resume el procesamiento espacial en el punto de acceso y en el terminal de usuario para la referencia dirigida, para las modalidades de multiplexado espacial y formacion de haces.

Tabla 8 - Procesamiento espacial para la referencia dirigida

Modalidad de multiplexado espacial: Modalidad de dirección de haces

Punto de acceso

Terminal de usuario

5 E. Transmision de referencia dirigida

Para la estructura ejemplar de trama mostrada en la FIG. 2, la referencia dirigida se puede transmitir en el preambulo

o parte piloto de una PDU del FCH (para el enlace descendente) o una PDU del RCH (para el enlace ascendente). La referencia dirigida se puede transmitir de varias maneras.

En una realizacion, para la modalidad de multiplexado espacial, la referencia dirigida se transmite para una o mas

10 auto-modalidades de banda ancha para cada trama TDD. El numero especifico de auto-modalidades de banda ancha a transmitir en cada trama TDD puede depender de la duracion de la referencia dirigida. La Tabla 9 enumera las auto-modalidades de banda ancha usadas para la referencia dirigida en el preambulo de una PDU del FCH / RCH para varios tamaros de preambulo, para un disero ejemplar con cuatro antenas transmisoras.

Tabla 9

Tamaño de preámbulo: Auto-modalidades de banda ancha usadas

0 Simbolos de OFDM: Sin preambulo

1 Simbolo de OFDM: Auto-modalidad m de banda ancha, donde m = contador de tramas mod 4

4 Simbolos de OFDM: Recorrido por todas las 4 auto-modalidades de banda ancha en el preambulo

8 Simbolos de OFDM: Recorrido por todas las 4 auto-modalidades de banda ancha, dos veces, en el preambulo

Como se muestra en la Tabla 9, la referencia dirigida se transmite para todas las cuatro auto-modalidades de banda ancha dentro de la misma trama TDD cuando el tamaro de preambulo es de cuatro u ocho periodos de simbolos. La referencia dirigida transmitida en el preambulo de una PDU del FCH por el punto de acceso para el n-esimo periodo de simbolos se puede expresar como:

, para k E K y n E {1...L} Ec. (24)

20 donde L es el tamaro del preambulo (por ejemplo, L = 0, 1, 4 u 8 para el disero ejemplar mostrado en la Tabla 9). La referencia dirigida transmitida en el preambulo de una PDU del RCH por el terminal de usuario para el n-esimo periodo de simbolos se puede expresar como: , para k E K y n E {1...L} Ec. (25)

En las ecuaciones (24) y (25), las cuatro auto-modalidades de banda ancha son recorridas en cada periodo de 4 simbolos por la operacion "mod" para el vector de direccion. Este esquema se puede usar si el canal cambia mas 25 rapidamente y / o durante la parte inicial de una sesion de comunicacion cuando se necesita obtener rapidamente una buena estimacion del canal para un funcionamiento apropiado del sistema.

En otra realizacion, la referencia dirigida se transmite para una auto-modalidad de banda ancha para cada trama TDD. La referencia dirigida para las cuatro auto-modalidades de banda ancha puede ser recorrida ciclicamente en

cuatro tramas TDD. Por ejemplo, los vectores de direccion

pueden ser usados, para cuatro tramas TDD consecutivas, por el terminal de usuario. El vector de direccion especifico a usar para la referencia dirigida en cada trama TDD se puede especificar mediante un contador de tramas, que se puede enviar en el mensaje del 8CH. Este esquema puede permitir que se use un preambulo mas corto para las PDU del FCH y del RCH. Sin embargo, puede ser necesario un periodo de tiempo mas largo para obtener una buena estimacion del canal.

Para la modalidad de direccion de haces, el vector de direccion normalizado para la auto-modalidad principal de banda ancha se usa para la referencia dirigida, como se muestra en las ecuaciones (14) y (20). La duracion de la referencia dirigida se puede seleccionar, por ejemplo, en base a las condiciones del canal.

Mientras esta funcionando en la modalidad de direccion de haces, el terminal de usuario puede transmitir multiples

simbolos de referencia dirigida, por ejemplo, uno o mas simbolos usando el auto-vector normalizado , uno o

mas simbolos usando el auto-vector para la auto-modalidad principal y, posiblemente, uno o mas simbolos

usando los auto-vectores para las otras auto-modalidades. Los simbolos de referencia dirigida generados con pueden ser usados por el punto de acceso para obtener un vector de filtro adaptado del enlace ascendente. Este vector es usado por el punto de acceso para realizar un filtrado adaptado de la transmision de datos de enlace ascendente enviada por el terminal de usuario, usando la direccion de haces. Los simbolos de referencia dirigida

generados con se pueden usar para obtener , que se puede usar entonces para obtener el auto

vector normalizado que se usa para la direccion de haces en el enlace descendente. Los simbolos de

referencia dirigida generados con los auto-vectores del

al

para las otras auto-modalidades pueden ser usados por el punto de acceso para obtener del al

y las estimaciones de valores singulares para estas otras auto-modalidades. Esta informacion puede ser usada luego por el punto de acceso para determinar si se usa la modalidad de multiplexado espacial o la modalidad de direccion de haces para la transmision de datos del enlace descendente.

Para el enlace descendente, el terminal de usuario puede obtener un vector de filtro adaptado de enlace

descendente para la modalidad de direccion de haces, en base a la estimacion calibrada de la respuesta de

canal del enlace descendente. En particular, el terminal de usuario obtiene de la descomposicion en valores singulares de y puede entonces obtener el auto-vector normalizado . El terminal de usuario

puede a continuacion multiplicar por

para obtener

y puede obtener a continuacion el

vector de filtro adaptado del enlace descendente para la modalidad de direccion de haces, en base a

. Alternativamente, una referencia dirigida puede ser enviada por el punto de acceso usando el auto-vector

normalizado y esta referencia dirigida puede ser procesada por el terminal de usuario en la forma descrita anteriormente para obtener el vector de filtro adaptado del enlace descendente para la modalidad de direccion de haces.

F. Multiplexado de la subbanda para la referencia dirigida

Para ambas modalidades de multiplexado espacial y de direccion de haces, la referencia dirigida se puede transmitir tambien para multiples auto-modalidades de banda ancha durante un periodo de simbolos dado, usando el multiplexado de subbandas. Las subbandas utilizables se pueden dividir en multiples conjuntos disjuntos de subbandas, un conjunto para cada auto-modalidad de banda ancha seleccionada para la transmision de la referencia dirigida. Cada conjunto de subbandas se puede usar a continuacion para transmitir una referencia dirigida para la auto-modalidad de banda ancha asociada. Para simplificar, se usa aqui la expresion "auto-modalidad de banda ancha" aunque se envie la referencia dirigida solamente por un subconjunto de todas las subbandas utilizables.

Por ejemplo, la referencia dirigida se puede transmitir por las cuatro auto-modalidades de banda ancha en un periodo de simbolos. En este caso, las 52 subbandas utilizables se pueden dividir en cuatro conjuntos disjuntos (por ejemplo, etiquetados como conjuntos 1, 2, 3 y 4), incluyendo cada conjunto 13 subbandas. Las 13 subbandas en cada conjunto pueden estar distribuidas uniformemente entre las 52 subbandas utilizables. La referencia dirigida para la auto-modalidad principal de banda ancha se puede transmitir entonces por las 13 subbandas en el conjunto 1, la referencia dirigida para la segunda auto-modalidad de banda ancha se puede transmitir por las 13 subbandas en el conjunto 2, la referencia dirigida para la tercera auto-modalidad de banda ancha se puede transmitir por las 13 subbandas en el conjunto 3 y la referencia dirigida para la cuarta auto-modalidad de banda ancha se puede transmitir por las 13 subbandas en el conjunto 4.

Si la referencia dirigida se envia solamente por un subconjunto de todas las subbandas utilizables para una automodalidad dada de banda ancha, entonces se puede usar la interpolacion o alguna otra tecnica para obtener estimaciones para las subbandas no utilizadas para la transmision de la referencia dirigida para esa auto-modalidad de banda ancha.

El general, los multiples conjuntos de subbandas pueden incluir el mismo numero, o un numero distinto, de subbandas. Por ejemplo, el numero de subbandas a incluir en cada conjunto puede depender de la SNR de la automodalidad de banda ancha asociada al conjunto (por ejemplo, se pueden asignar mas subbandas a un conjunto asociado a una auto-modalidad de banda ancha de mala calidad). Ademas, las subbandas en cada conjunto se pueden distribuir uniformemente o no uniformemente entre las subbandas utilizables. Los multiples conjuntos de subbandas se pueden asociartambien a los mismos, o a distintos, conjuntos de simbolos piloto.

El multiplexado de la subbanda se puede usar para reducir la magnitud del sobregasto necesario para transmitir la referencia dirigida, lo que puede mejorar la eficacia del sistema.

G. Estimacion del canal con la referencia dirigida

Como se muestra en la ecuacion (13), en el terminal de usuario, la referencia dirigida del enlace descendente modalidad de multiplexado espacial (en ausencia de ruido) es aproximadamente

. De modo similar, como se muestra en la ecuacion (19), en el punto de acceso, la referencia dirigida del enlace ascendente recibida para la modalidad de multiplexado espacial (en ausencia de ruido) es

aproximadamente . El punto de acceso puede obtener asi una estimacion de

y de en base a una referencia dirigida enviada por el terminal de usuario, y viceversa.

Se pueden usar varias tecnicas para procesar una referencia dirigida. Para mayor claridad, la descripcion a

punto de acceso viene dado en la ecuacion (19), que es

En una realizacion, para obtener una estimacion de

, el vector recibido

para la referencia dirigida enviada por la m-esima auto-modalidad de banda ancha se multiplica primero por la conjugada compleja del simbolo piloto, p�(k), que se usa para la referencia dirigida. El resultado se puede integrar sobre multiples simbolos de referencia dirigida recibidos para cada auto-modalidad de banda ancha, para obtener una estimacion de ûap,m(k)

om(k), que es un auto-vector izquierdo, ajustado a escala, de

, para la m-esima auto-modalidad de banda ancha. Cada una de las Nap entradas del vector ûap,m(k) se obtiene en base a una entrada correspondiente de las Nap entradas del vector rup,m(k), donde las Nap entradas de rup,m(k) son los simbolos recibidos desde las Nap antenas en el punto de acceso. Dado que los auto-vectores tienen potencia unitaria, el valor singular om(k) se puede estimar en base a la potencia recibida de la referencia dirigida, que se puede medir para cada subbanda de cada auto

modalidad de banda ancha. La estimacion del valor singular

es entonces igual a la raiz cuadrada de la potencia recibida dividida entre la magnitud del simbolo piloto p(k).

En otra realizacion, se usa una tecnica de error cuadratico medio minimo (MMSE) para obtener una estimacion del vector ûap,m(k) en base al vector recibido rup,sr,m(k) para la referencia dirigida. Dado que los simbolos piloto p(k) son conocidos, el punto de acceso puede obtener una estimacion de ûap,m(k) de modo que se minimice el error cuadratico medio entre los simbolos piloto recibidos (obtenidos despues de la realizacion del filtrado adaptado sobre el vector recibido rup,sr,m(k)) y los simbolos piloto transmitidos. El uso de la tecnica MMSE para el procesamiento espacial en el receptor se describe en la Solicitud de Patente Estadounidense asignada en comun con N° de Serie 09/993.087, titulada "Multiple-Access Multiple-Input Multiple-Output (MIMO) Communication System" ["Sistema de comunicacion de acceso multiple, entradas multiples y salidas multiples"], presentada el 6 de noviembre de 2001.

La referencia dirigida se envia para una auto-modalidad de banda ancha en cualquier periodo dado de simbolos (sin multiplexado de subbandas) y se puede usar a su vez para obtener una estimacion de un auto-vector para cada subbanda de esa auto-modalidad de banda ancha. De ese modo, el receptor es capaz de obtener una estimacion de solamente un auto-vector en una matriz unitaria para cualquier periodo dado de simbolos. Dado que las estimaciones de multiples auto-vectores para la matriz unitaria se obtienen durante distintos periodos de simbolos, y debido al ruido y a otras fuentes de degradacion en el canal inalambrico, no es probable que los auto-vectores estimados para la matriz unitaria (que se obtienen individualmente) sean ortogonales entre si. Los auto-vectores estimados se pueden usar posteriormente para el filtrado adaptado de una transmision de datos recibida por el mismo enlace y / o el procesamiento espacial de una transmision de datos enviada por el otro enlace. En este caso, cualquier error en la ortogonalidad entre estos auto-vectores estimados daria como resultado una diafonia entre los flujos de datos enviados por las auto-modalidades correspondientes a los auto-vectores. La diafonia puede degradar el rendimiento.

En una realizacion, los auto-vectores estimados para cada matriz unitaria son forzados a ser ortogonales entre si. La ortogonalizacion de los auto-vectores se puede conseguir usando la tecnica de Gram-Schmidt, que se describe en detalle en la referencia precitada de Gilbert Strang, o alguna otra tecnica.

Se pueden usar tambien otras tecnicas para procesar la referencia dirigida y estas caen dentro del ambito de la invencion.

El punto de acceso puede, por tanto, estimar tanto Uap (k) como

en base a la referencia dirigida enviada por el terminal de usuario, sin tener que estimar la respuesta del canal del enlace descendente o realizar una

descomposicion en valores singulares de

El procesamiento en el terminal de usuario para estimar las matrices Vut(k) y

, para k E K, en base a la referencia dirigida del enlace descendente, se puede realizar de modo similar a lo descrito anteriormente para la referencia dirigida del enlace ascendente.

Para la modalidad de direccion de haces, en el enlace ascendente, el vector recibido

para la referencia dirigida puede ser procesado por el punto de acceso de una manera similar para obtener una estimacion de . La conjugada traspuesta de esta estimacion es entonces el filtro adaptado para la transmision del enlace ascendente en la modalidad de direccion de haces. En el enlace descendente, el vector recibido

para la referencia dirigida puede ser procesado por el terminal de usuario en una forma similar para

obtener un estimacion de . La conjugada traspuesta de esta estimacion es entonces el filtro adaptado para la transmision del enlace descendente en la modalidad de direccion de haces.

5.: Piloto de portadora

El piloto de portadora se puede transmitir por la subbandas piloto en varias formas para la estructura de trama TDD mostrada en la FIG. 2. En una realizacion, se reinician las cuatro secuencias piloto para cada canal de transporte. De ese modo, en el enlace descendente, las secuencias piloto se reinician para el primer simbolo de OFDM del mensaje del 8CH, se reinician de nuevo para el primer simbolo de OFDM del mensaje del FCCH y se reinician para el primer simbolo de OFDM enviado por el FCH. En otra realizacion, las secuencias piloto se reinician al comienzo de cada trama TDD y se repiten tan frecuentemente como sea necesario. Para esta realizacion, las secuencias piloto se pueden atascar durante las partes de preambulo del 8CH y del FCH. El piloto de portadora se puede transmitir tambien de otras formas, y esto cae dentro del ambito de la invencion.

6.: Esquema de transmision piloto

Se han descrito anteriormente cuatro tipos de piloto, y se pueden usar para sistemas de MIMO y de MIMO-OFDM. Estos cuatro tipos diferentes de piloto se pueden transmitir de varias formas.

La FIG. 3 muestra transmisiones piloto del enlace descendente y del enlace ascendente para un esquema ejemplar de transmision piloto. En general, el bloque 310 corresponde a una fase de acceso al sistema, el bloque 320 corresponde a una fase de calibracion y el bloque 330 corresponde a una fase de funcionamiento normal.

Un piloto de balizamiento y un piloto de MIMO son transmitidos, por el enlace descendente, por el punto de acceso en cada trama TDD (bloque 312) para permitir a todos los terminales de usuario en el sistema adquirir la frecuencia y la temporizacion del sistema, y para estimar el canal del enlace descendente (bloque 314). El bloque 314 se puede realizar segun sea necesario para acceder al sistema.

Se puede realizar la calibracion previamente al funcionamiento normal, para eliminar por calibracion las diferencias en las cadenas de transmision / recepcion en el punto de acceso y el terminal de usuario. Para la calibracion, los pilotos de MIMO pueden ser transmitidos tanto por el punto de acceso como por el terminal de usuario (bloques 322 y 326). El piloto de MIMO del enlace ascendente puede ser usado por el punto de acceso para obtener una estimacion del canal del enlace ascendente (bloque 324) y el piloto de MIMO del enlace descendente puede ser usado por el terminal de usuario para obtener o actualizar una estimacion del canal del enlace descendente (bloque 328). Las estimaciones de canal de enlace descendente y enlace ascendente se usan a continuacion para obtener los factores de correccion para el punto de acceso y el terminal de usuario.

Durante el funcionamiento normal, una referencia dirigida puede ser transmitida, por el enlace ascendente, por el terminal (1) de usuario si, y cuando, desea una transmision de datos o (2) si se planifica para la transmision de datos (bloque 332). La referencia dirigida del enlace ascendente puede ser usada por el punto de acceso para estimar las matrices unitaria y diagonal pertinentes para el terminal de usuario (bloque 334). Una referencia dirigida puede ser optativamente transmitida por el punto de acceso al terminal de usuario (como se muestra con el recuadro discontinuo 336). El terminal de usuario puede actualizar continuamente su estimacion del canal de enlace descendente en base al piloto de MIMO del enlace descendente y actualizar las matrices unitaria y diagonal pertinentes en base a la referencia dirigida del enlace descendente (si se transmite) (bloque 338). Los pilotos de portadora son transmitidos por el punto de acceso (bloque 340) y el terminal de usuario (bloque 344), por la subbandas piloto durante partes que no se usan para otros pilotos. El piloto de portadora del enlace descendente es usado por el terminal de usuario para rastrear la fase de la seral portadora del enlace descendente (bloque 342) y el piloto de portadora del enlace ascendente es usado por el punto de acceso para rastrear la fase de la seral portadora del enlace ascendente (bloque 346).

Para el esquema de transmision piloto mostrado en la FIG. 3, el terminal de usuario estima la respuesta del canal de enlace descendente en base al piloto de MIMO de enlace descendente y transmite una referencia dirigida por el enlace ascendente, que es usado entonces por el punto de acceso para estimar las matrices unitaria y diagonal pertinentes para el terminal de usuario. En ciertos casos, el terminal de usuario puede haber obtenido una mala estimacion de la respuesta del canal de enlace descendente, en cuyo caso la referencia dirigida de enlace ascendente puede ser igualmente mala o posiblemente peor. En el peor caso, el vector de direccion usado por el terminal de usuario puede dar como resultado que se apunte un haz nulo al punto de acceso. Si sucede esto, entonces el punto de acceso no sera capaz de detectar la referencia dirigida del enlace ascendente. Para evitar esta situacion, el terminal de usuario puede perturbar las fases de los Nut elementos del vector de direccion que usa para la referencia dirigida en situaciones en las que detecte que el punto de acceso no esta recibiendo apropiadamente la referencia dirigida. Por ejemplo, si el terminal de usuario esta designado para transmitir una referencia dirigida de enlace ascendente como parte de un procedimiento de acceso al sistema y si el acceso al sistema no se ha obtenido despues de un numero especifico de intentos de acceso, entonces el terminal de usuario puede comenzar a perturbar las fases de los elementos del vector de direccion.

Se pueden implementar tambien otros diversos esquemas de transmision piloto para sistemas de MIMO y de MIMO-OFDM y esto cae dentro del ambito de la invencion. Por ejemplo, los pilotos de balizamiento y de portadora se pueden combinar en un unico piloto que se puede usar para la adquisicion de frecuencia y temporizacion, y para el rastreo de la fase de portadora. Como otro ejemplo, los terminales de usuario activos pueden transmitir pilotos de MIMO, en lugar de referencias dirigidas, por el enlace ascendente.

IV. Sistema de MIMO-OFDM

La FIG. 4 muestra un diagrama de bloques de una realizacion de un punto 110x de acceso y un terminal 120x de usuario en un sistema 100 de MIMO-OFDM. Para mayor claridad, en esta realizacion, el punto 110x de acceso esta equipado con cuatro antenas que se pueden usar para la transmision y recepcion de datos y el terminal 120x de usuario esta equipado tambien con cuatro antenas para la transmision / recepcion de datos. En general, el punto de acceso y el terminal de usuario pueden estar ambos equipados con cualquier numero de antenas transmisoras y cualquier numero de antenas receptoras.

Por el enlace descendente, en el punto 110x de acceso, un procesador 414 de datos de transmision (T�) recibe datos de trafico desde un origen 412 de datos, y seralizacion y otros datos desde un controlador 430. El procesador 414 de datos de T� formatea, codifica, intercala y modula (es decir, correlaciona con simbolos) los datos para proporcionar los simbolos de modulacion. Un procesador espacial 420 de T� recibe y multiplexa los simbolos de modulacion provenientes del procesador 414 de datos de T� con simbolos piloto, realiza el procesamiento espacial requerido y proporciona cuatro flujos de simbolos de transmision para las cuatro antenas transmisoras.

Cada modulador (MOD) 422 recibe y procesa un respectivo flujo de simbolos de transmision para proporcionar una correspondiente seral modulada de enlace descendente. Las cuatro serales moduladas del enlace descendente provenientes de los moduladores 422a a 422d se transmiten a continuacion desde las antenas 424a a 424d, respectivamente.

En el terminal 120x de usuario, cuatro antenas 452a a 452d reciben las serales moduladas de enlace descendente transmitidas y cada antena proporciona una seral recibida a un respectivo demodulador (DEMOD) 454. Cada demodulador 454 realiza un procesamiento complementario al realizado en el modulador 422 y proporciona los simbolos recibidos. Un procesador espacial 460 de recepcion (R�) realiza entonces el procesamiento espacial sobre los simbolos recibidos desde todos los demoduladores 454a a 454d, para proporcionar los simbolos recuperados, que son estimaciones de los simbolos de modulacion transmitidos por el punto de acceso. Un procesador 470 de datos de R� procesa adicionalmente (por ejemplo, decorrelaciona, desintercala y descodifica) los simbolos recuperados para proporcionar datos descodificados, que se pueden proporcionar a un sumidero 472 de datos para su almacenamiento y / o a un controlador 480 para un procesamiento adicional.

El procesamiento para el enlace ascendente puede ser el mismo que, o distinto a, el procesamiento para el enlace descendente. Los datos y seralizacion son procesados (por ejemplo, codificados, intercalados y modulados) por un procesador 488 de datos de T�, multiplexados con los simbolos piloto y procesados espacialmente de forma adicional por un procesador espacial 490 de T�. Los simbolos de transmision desde el procesador espacial 490 de T� son procesados adicionalmente por los moduladores 454a a 454d para generar cuatro serales moduladas de enlace ascendente, que se transmiten a continuacion a traves de las antenas 452a a 452d.

En el punto 410 de acceso, las serales moduladas de enlace ascendente son recibidas por las antenas 424a a 424d, demoduladas por los demoduladores 422a a 422d y procesadas por un procesador espacial 440 de R� y un procesador 442 de datos de R� en una forma complementaria a la realizada en el terminal de usuario. Los datos descodificados para el enlace ascendente pueden ser proporcionados a un sumidero 444 de datos para su almacenamiento y / o a un controlador 430 para un procesamiento adicional.

Los controladores 430 y 480 controlan el funcionamiento de varias unidades de procesamiento en el punto de acceso y el terminal de usuario, respectivamente. Las unidades 432 y 482 de memoria almacenan datos y codigos de programa usados por los controladores 430 y 480, respectivamente.

La FIG. 5 muestra un diagrama de bloques de un procesador espacial 420a de T� que puede generar un piloto de balizamiento y que se puede implementar dentro del procesador espacial 420 de T� en la FIG. 4. El procesador 420a incluye un cierto numero de procesadores 510a a 510k de subbanda de piloto de balizamiento, uno para cada subbanda usada para transmitir el piloto de balizamiento. Cada procesador 510 de subbanda recibe un simbolo

piloto b(k) para el piloto de balizamiento y una matriz de correccion para la subbanda asociada.

Dentro de cada procesador 510 de subbanda, el simbolo piloto b(k) es ajustado a escala por cuatro multiplicadores

514a a 514d, con cuatro factores de correccion

a

, respectivamente, de la matriz

. Cada multiplicador 514 realiza la multiplicacion compleja del simbolo piloto complejo por un respectivo factor de correccion complejo. Los simbolos piloto ajustados a escala provenientes de los multiplicadores 514a a 514d se proporcionan a continuacion a cuatro memorias intermedias / multiplexores 520a a 520d, respectivamente, que tambien reciben los simbolos piloto ajustados a escala desde los otros procesadores 510 de subbanda. Cada memoria intermedia / multiplexor 520 multiplexa los simbolos piloto ajustados a escala para todas las subbandas usadas para la transmision del piloto de balizamiento y valores de seral de cero para las subbandas no utilizadas, y proporciona un flujo de simbolos de transmision para la antena de transmision asociada.

La FIG. 6A muestra un diagrama de bloques de un procesador espacial 420b de T� que puede generar un piloto de MIMO. El procesador 420b se puede implementar dentro del procesador espacial 420 o 490 de T� en la FIG. 4, pero, para mayor claridad, se describe a continuacion para una implementacion en el procesador espacial 420 de T�. El procesador 420b incluye un cierto numero de procesadores 610a a 610k de subbanda de piloto de MIMO, uno para cada subbanda usada para transmitir el piloto de MIMO. Cada procesador 610 de subbanda recibe un simbolo piloto

p(k) para el piloto de MIMO y una matriz de correccion

para la subbanda asociada. Cada procesador 610 de subbanda tambien recibe cuatro secuencias de Walsh, w1 a w4, asignadas a las cuatro antenas transmisoras en el punto de acceso.

Dentro de cada procesador 610 de subbanda, el simbolo piloto complejo p(k) es cubierto, con las cuatro secuencias de Walsh w1 a w4, por cuatro multiplicadores complejos 612a a 612d, respectivamente. Los simbolos piloto cubiertos son ajustados a escala adicionalmente por cuatro multiplicadores complejos 614a a 614d, con cuatro factores de

correccion complejos a

, respectivamente, de la matriz

. Los simbolos piloto ajustados a escala provenientes de los multiplicadores 614a a 614d se proporcionan a continuacion a cuatro memorias intermedias / multiplexores 620a a 620d, respectivamente. El procesamiento posterior es como el descrito anteriormente para la FIG. 5.

Para una implementacion del procesador 420b en el procesador espacial 490 de T�, el numero de secuencias de Walsh a usar depende del numero de antenas transmisoras disponibles en el terminal de usuario. Ademas, el ajuste

a escala se realiza con los factores de correccion de la matriz

para el terminal de usuario.

La FIG. 68 muestra un diagrama de bloques de un procesador espacial 460b de R� que puede proporcionar una estimacion de respuesta del canal en base a un piloto de MIMO recibido. El procesador 460b se puede implementar dentro del procesador espacial 440 o 460 de R� en la FIG. 4, pero, para mayor claridad, se describe a continuacion para una implementacion en el procesador espacial 460 de R�. El procesador 460b incluye un cierto numero de procesadores 650a a 650k de subbanda de piloto de MIMO, uno para cada subbanda usada para la transmision del piloto de MIMO. Cada procesador 650 de subbanda de piloto de MIMO recibe un vector r(k) y un simbolo piloto conjugado p*(k) para la subbanda asociada. Cada procesador 650 de subbanda recibe tambien las cuatro secuencias de Walsh w1 a w4 asignadas a las cuatro antenas transmisoras en el punto de acceso.

Cada procesador 650 de subbanda de piloto de MIMO incluye cuatro procesadores 660a a 660d de subbanda / antena de piloto de MIMO para las cuatro antenas receptoras en el terminal de usuario. Cada procesador 660 recibe una entrada ri(k) del vector r(k). Dentro de cada procesador 660, el simbolo recibido ri(k) se multiplica primero por el simbolo piloto conjugado p*(k), mediante un multiplicador complejo 662. La salida del multiplicador 662 se multiplica adicionalmente por las cuatro secuencias de Walsh w1 a w4, mediante cuatro multiplicadores complejos 664a a 664d, respectivamente. Las salidas de los multiplicadores 664a a 664d son acumuladas a continuacion por los acumuladores 666a a 666d, respectivamente, durante la transmision del piloto de MIMO. Cada pareja de multiplicador 664 y acumulador 666 realiza el descubrimiento para una antena transmisora en el punto de acceso. La salida de cada acumulador 666 representa una estimacion hi,j(k) de la ganancia del canal desde la antena transmisora j a la antena receptora i para la subbanda k. Las estimaciones de respuesta de canal, {hi,j(k)}, para i = {1, 2, 3, 4} y j = {1, 2, 3, 4}, se pueden promediar adicionalmente sobre multiples transmisiones de piloto de MIMO (no mostradas en la FIG. 68) para proporcionar una estimacion mas precisa de la respuesta del canal.

Como se muestra en la FIG. 68, cada procesador 660 de subbanda / antena de piloto de MIMO proporciona un

vector de fila para la antena receptora i asociada, donde es la i-esima

fila de la estimacion calibrada de la respuesta del canal, , para el enlace descendente (suponiendo que el

punto de acceso aplico su matriz de correccion ). Los procesadores 660a a 660d proporcionan colectivamente

las cuatro filas de la matriz calibrada de respuesta de canal, .

La FIG. 7A muestra un diagrama de bloques de un procesador espacial 420c de T� que puede generar una referencia dirigida. El procesador 420c puede implementarse tambien dentro del procesador espacial 420 o 490 de T� en la FIG. 4, pero, para mayor claridad, se describe a continuacion para una implementacion dentro del procesador espacial 420 de T�. El procesador 420c incluye un cierto numero de procesadores 710a a 710k de subbanda de referencia dirigida, uno para cada subbanda usada para transmitir la referencia dirigida. Para generar la referencia dirigida para la modalidad de multiplexado espacial, cada procesador 710 de subbanda recibe un

simbolo piloto p(k), el vector de direccion para cada auto-modalidad de banda ancha, por el cual ha de

transmitirse la referencia dirigida, y una matriz de correccion para la subbanda asociada.

Dentro de cada procesador 710 de subbanda, el simbolo piloto p(k) es multiplicado por los cuatro elementos

a

del vector de direccion

para la m-esima auto-modalidad de banda ancha, mediante cuatro multiplicadores complejos 712a a 712d, respectivamente. Las salidas de los multiplicadores 712a a 712d son ajustadas a escala adicionalmente, por cuatro multiplicadores complejos 714a a 714d, con cuatro factores

de correccion

a , respectivamente, de la matriz

. Los simbolos piloto ajustados a escala de los multiplicadores 714a a 714d se proporcionan a continuacion a cuatro memorias intermedias / multiplexores 720a a 720d, respectivamente. El procesamiento posterior es como se ha descrito anteriormente.

Para generar la referencia dirigida en el enlace descendente para la modalidad de direccion de haces, cada

procesador 710 de subbanda recibira un vector de direccion normalizado , en lugar del vector de direccion no

normalizado . Para una implementacion del procesador 420c en el procesador espacial 490 de T�, cada

procesador 710 de subbanda recibira, o bien (1) el vector de direccion

para cada auto-modalidad de banda ancha usada para la referencia dirigida, para la modalidad de multiplexado espacial, o bien (2) el vector de direccion

, para la modalidad de direccion de haces. Si se usa el multiplexado de subbanda para la referencia dirigida, entonces los vectores de direccion para multiples auto-modalidades de banda ancha se pueden usar para multiples conjuntos disjuntos de subbandas, como se ha descrito anteriormente.

La FIG. 78 muestra un diagrama de bloques de un procesador espacial 460c de R� que puede proporcionar estimaciones de los vectores de direccion y valores singulares en base a una referencia dirigida recibida. El procesador 460c se puede implementar dentro del procesador espacial 440 o 460 de R� en la FIG. 4, pero, para mayor claridad, se describe a continuacion para una implementacion en el procesador espacial de R� 460. El procesador 460c incluye un cierto numero de procesadores 750a a 750k de subbanda de referencia dirigida, uno para cada subbanda usada para la transmision de la referencia dirigida. Cada procesador 750 de subbanda recibe un vector r(k) y un simbolo piloto conjugado p*(k) para la subbanda asociada.

Dentro de cada procesador 750 de subbanda, los cuatro simbolos en el vector recibido r(k) son multiplicador por el simbolo piloto conjugado p*(k), mediante los multiplicadores complejos 762a a 762d, respectivamente. Las salidas de los multiplicadores 762a a 762d se acumulan a continuacion durante la transmision de la referencia dirigida para cada auto-modalidad de banda ancha, mediante los acumuladores 764a a 764d, respectivamente. Como se muestra en la Tabla 9, la referencia dirigida se puede enviar para multiples auto-modalidades de banda ancha dentro de la misma transmision de referencia dirigida, en cuyo caso la acumulacion se realiza por separado para cada una de estas auto-modalidades de banda ancha. Sin embargo, se pueden acumular multiples simbolos de referencia dirigida (que se pueden transmitir en una o en multiples transmisiones de referencia dirigida) para cualquier automodalidad dada de banda ancha, para tener una estimacion de calidad mas elevada. Los acumuladores 764a a

764d proporcionan cuatro elementos que son la estimacion de

, como se muestra en la ecuacion (13).

Dado que los auto-vectores tienen potencia unitaria, el valor singular σm(k) para cada auto-modalidad de banda

ancha se puede estimar en base a la potencia recibida de la referencia dirigida. Una unidad 766 de calculo de potencia recibe las salidas de los multiplicadores 762a a 762d y calcula la potencia recibida de la referencia dirigida,

Pm(k), para cada auto-modalidad de la subbanda k. La estimacion del valor singular

es entonces igual a la raiz cuadrada de la potencia recibida calculada de la referencia dirigida, dividida entre la magnitud del simbolo piloto

Las salidas de los acumuladores 766a a 766d son ajustadas luego a escala con la inversa de la estimacion del valor

singular, , mediante los multiplicadores 768a a 768d, respectivamente, para proporcionar una estimacion

del vector de direccion para cada auto-modalidad, .

El procesamiento para la referencia dirigida para la direccion de haces se puede realizar en una forma similar. El procesamiento para la referencia dirigida en el enlace ascendente tambien se puede realizar en una forma similar vector de direccion para cada auto-modalidad,

.

Los pilotos descritos en la presente memoria se pueden implementar de varias formas. Por ejemplo, el procesamiento para los diversos tipos de piloto en el punto de acceso y en el terminal de usuario se puede implementar en hard�are, soft�are o en una combinacion de los mismos. Para una implementacion en hard�are, los elementos usados para procesar los pilotos para la transmision y / o recepcion se pueden implementar dentro de uno

o mas circuitos integrados de aplicacion especifica (ASIC), procesadores de serales digitales (DSP), dispositivos de procesamiento de serales digitales (DSPD), dispositivos logicos programables (PLD), formaciones de compuertas programables en el terreno (FPGA), procesadores, controladores, microcontroladores, microprocesadores, otras unidades electronicas diseradas para realizar las funciones descritas en la presente memoria o una combinacion de los mismos.

Para una implementacion en soft�are, algunos de los procesamientos para los diversos tipos de piloto (por ejemplo, el procesamiento espacial para una transmision piloto y / o una estimacion de canal en base al piloto recibido) se pueden implementar con modulos (por ejemplo, procedimientos, funciones y otros similares) que realicen las funciones descritas en la presente memoria. Los codigos de soft�are se pueden almacenar en una unidad de memoria (por ejemplo, las unidades 432 y 482 de memoria en la FIG. 4) y ser ejecutados por un procesador (por ejemplo, los controladores 430 y 480). La unidad de memoria se puede implementar dentro del procesador o externamente al procesador, en cuyo caso se puede conectar de forma comunicativa con el procesador mediante diversos medios, como es conocido en la tecnica.

Los encabezamientos se incluyen la presente memoria para referencia y para ayudar en la localizacion de ciertas secciones. Estos encabezamientos no estan concebidos para limitar el ambito de los conceptos descritos en la presente memoria, y estos conceptos pueden tener aplicabilidad en otras secciones en toda la extension de la especificacion completa.

La descripcion previa de las realizaciones reveladas se proporciona para permitir que cualquier persona experta en la tecnica haga o use la presente invencion. Diversas modificaciones para estas realizaciones seran inmediatamente evidentes para los expertos en la tecnica, y los principios genericos definidos en la presente memoria pueden ser aplicados a otras realizaciones, sin apartarse del alcance de la invencion, segun lo definido en las reivindicaciones. Por tanto, la invencion, segun lo definido en las reivindicaciones, no esta concebida para limitarse a las realizaciones mostradas en la presente memoria, sino que ha de concederle el mas amplio ambito congruente con los principios y caracteristicas novedosas, revelados en la presente memoria.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Un terminal (120x) en un sistema de comunicacion inalambrica de multiples entradas y multiples salidas, MIMO, que comprende:

un procesador espacial (460) de recepcion, operativo para procesar un piloto de MIMO recibido desde un punto de

5 acceso por un enlace descendente en el sistema de MIMO, para obtener estimaciones de respuesta de canal para el enlace descendiente, en el cual el piloto de MIMO comprende una pluralidad de pilotos ortogonales generados en base a un primer simbolo piloto y una pluralidad de secuencias ortogonales asignadas a una pluralidad de antenas en el punto de acceso, con un piloto ortogonal para cada una entre la pluralidad de antenas;

estando el terminal caracterizado por un procesador espacial (490) de transmision, operativo para generar un piloto

10 dirigido, en base a un segundo simbolo piloto y un vector de direccion para un canal espacial, por un enlace ascendente en el sistema de MIMO; y

un controlador (480) operativo para obtener el vector de direccion para el canal espacial en el enlace ascendente, en base a las estimaciones de respuesta de canal obtenidas para el enlace descendente.
2. El terminal de la reivindicacion 1, en el cual el controlador esta operativo para realizar la descomposicion de una

15 matriz de respuesta de canal, para las estimaciones de respuesta de canal para el enlace descendente, para obtener el vector de direccion para el canal espacial en el enlace ascendente.
3. El terminal de la reivindicacion 1, en el cual el sistema de MIMO utiliza el multiplexado por division ortogonal de frecuencia, OFDM, en el cual las estimaciones de respuesta de canal se obtienen para cada una de entre una primera pluralidad de subbandas, en base al piloto de MIMO recibido en la primera pluralidad de subbandas, y en el

20 cual el piloto dirigido es generado para cada una de entre una segunda pluralidad de subbandas.