MXPA02009370A

MXPA02009370A - Metodo y aparato para medir y reportar informacion de estado de canal en un sistema de comunicaciones de alta eficiencia, alto desempe°o.

Info

Publication number: MXPA02009370A
Application number: MXPA02009370A
Authority: MX
Inventors: Ahmad Jalali
Original assignee: Qualcomm Inc
Priority date: 2000-03-30
Filing date: 2001-03-20
Publication date: 2003-02-12
Also published as: WO2001076110A3; RU2002129011A; CA2690247A1; JP2003530010A; US6473467B1; BR0109693B1; RU2005118847A; JP2012182803A; AU4592101A; AU2005202708A1; BR0109693A; CA2690245C; IL169251A; IL195020A; JP5122714B2; HK1103871A1; WO2001076110A2; NO334254B1; EP1628419A3; EP2779478B1

Abstract

La informacion de estado de canal (CSI) puede ser utilizada por un sistema de comunicaciones para preacondicionar transmisiones entre unidades transmisoras y unidades receptoras. En un aspecto de la invencion, son asignados conjuntos de subcanales disjuntos a antenas de transmision localizadas en una unidad transmisora. Son generados simbolos piloto y transmitidos sobre un subconjunto de subcanales disjuntos. Tras la recepcion de los simbolos piloto transmitidos, las unidades receptoras determinan la CSI para los subcanales disjuntos que contienen simbolos piloto. Esos valores de CSI son reportados a la unidad transmisora, la cual utilizara esos valores de CSI para generar estimados de CSI para los subcanales dis juntos que no contengan simbolos piloto. La cantidad de informacion necesaria para reportar la CSI sobre el enlace de regreso puede ser minimizada ademas a traves de tecnicas de compresion y tecnicas de asignacion de recursos.

Description

MÉTODO Y APARATO PARA MEDIR Y REPORTAR INFORMACIÓN DE ESTADO DE CANAL EN UN SISTEMA DE COMUNICACIONES DE ALTA EFICIENCIA, ALTO DESEMPEÑO ANTECEDENTES DE LA INVENCION I . Campo de la Invención La presente invención se relaciona con el campo de las comunicaciones. De manera más particular, la presente invención se relaciona con la medición y reporte de información de estado de canal en un sistema de comunicaciones de alta eficiencia y alto desempeño.

II. Descripción de la Técnica Relacionada Hoy en día se requiere que los sistemas de comunicaciones inalámbricos modernos operen sobre canales que experimenten desvanecimiento y multitrayectoria . Uno de tales sistemas de comunicaciones es un sistema de acceso múltiple por división de código (CDMA) que se conforma al "Estándar de Compatibilidad de Estación Móvil de la Estación Base TIA/EIA/IS-95 para Sistema Celular de Espectro Extendido de Banda Ancha de Doble Modo", aquí posteriormente referido como el estándar IS-95. El sistema CDMA soporta comunicaciones de voz y datos entre usuarios sobre un enlace terrestre. El uso de técnicas CDMA como un sistema de comunicación de acceso múltiple es descrito en la Patente Estadounidense No. 4,901,307, titulada "SISTEMA DE COMUNICACIÓN DE ACCESO MÚLTIPLE DE ESPECTRO EXTENDIDO QUE UTILIZA REPETIDORAS DE SATÉLITE O TERRESTRES", y la Patente Estadounidense No. 5,103,459, titulada "SISTEMA Y MÉTODO PARA GENERAR FORMAS DE ONDA EN UN SISTEMA DE TELEFONÍA CELULAR CDMA", ambas otorgadas al beneficiario de la presente invención e incorporadas aquí como referencia. Un sistema IS-95 puede operar eficientemente estimando parámetros de canal en una unidad receptora, la cual utiliza esos parámetros de canal estimados para desmodular la señal recibida. El - sistema IS-95 hace la estimación de canal eficiente requiriendo la transmisión de una señal piloto de cada estación base. Esta señal piloto es una secuencia de tipo PN repetida conocida por la unidad receptora. La correlación de la señal piloto recibida con una replica local de la señal piloto permite que la unidad receptora estime la respuesta de impulso complejo del canal y ajuste los parámetros del desmodulador en consecuencia. Para la forma de onda IS-95 y parámetros del sistema no es necesario o benéfico reportar información sobre condiciones de canal medidas por la unidad receptora de regreso a la unidad transmisora .

Dada la demanda cada vez más creciente de comunicación inalámbrica, es deseable un sistema de comunicaciones inalámbrico de mayor eficiencia y mayor desempeño. Un tipo de sistema de comunicaciones inalámbrico de mayor desempeño es un sistema de Entrada Múltiple/Salida Múltiple (MIMO) que emplea antenas de transmisión múltiples para transmitir sobre un canal de propagación a antenas de recepción múltiples. Como en los sistemas de menor desempeño, el canal de propagación en un sistema MIMO es objeto de los efectos dañinos de la multitrayectoria, así como interferencia de antenas adyacentes. La multitrayectoria ocurre cuando una señal transmitida arriba a una unidad receptora a través de trayectorias de propagación múltiples con diferentes retrasos. Cuando las señales arriban de trayectorias de propagación múltiples, los componentes de las señales pueden combinarse destructivamente, lo cual es referido como "desvanecimiento". Para mejorar la eficiencia y disminuir la complejidad del sistema MIMO, la información de las características del canal de propagación puede ser transmitida de nuevo a la unidad transmisora para preacondicionar la señal antes de la transmisión. El preacondicionamiento de la señal puede ser difícil cuando las características del canal de propagación cambian rápidamente. La respuesta de canal puede cambiar con el tiempo debido al movimiento de la unidad receptora o cambios en el ambiente circundante de la unidad receptora. Dado un ambiente móvil, un desempeño óptimo requiere información con respecto a características del canal, tales como estadísticas de desvanecimiento e interferencia, son determinadas y transmitidas rápidamente a la unidad transmisora, antes de que las características del canal cambien significativamente. A medida que el retraso del proceso de medición y reporte se incrementa, la utilidad de la información de respuesta de canal disminuye. Actualmente existe la necesidad de técnicas eficientes que proporcionen una determinación rápida de las características de canal.

SUMARIO DE LA INVENCION La presente invención está dirigida a un método y un aparato para medir y reportar información de estado de canal de un sistema de comunicaciones de alta eficiencia y alto desempeño, que comprende los pasos de: generar una pluralidad de señales piloto; transmitir la pluralidad de señales piloto sobre un canal de propagación entre una unidad transmisora y una pluralidad de unidades receptoras, donde la unidad transmisora comprende al menos una antena de transmisión, cada una de la pluralidad de unidades receptoras comprende al menos una antena de recepción, y el canal de propagación comprende una pluralidad de subcanales entre la unidad transmisora y la pluralidad de unidades receptoras; recibir al menos una de la pluralidad de señales piloto en cada una de la pluralidad de unidades receptoras; determinar un conjunto de características de transmisión con al menos uno de la pluralidad de subcanales, donde el paso de determinar el conjunto de características de transmisión utiliza al menos una de la pluralidad de señales piloto recibidas en cada una de la pluralidad de unidades receptoras; reportar una señal de información de cada una de la pluralidad de unidades receptoras a la unidad transmisora, donde la señal de información contiene el conjunto de características de transmisión para al menos una de la pluralidad de subcanales; y optimizar un conjunto de parámetros de transmisión en la unidad transmisora, sobre la base de la señal de información. En un aspecto de la invención, los símbolos piloto son transmitidos sobre una pluralidad de conjuntos de subcanales OFDM distintos. Cuando los símbolos piloto son transmitidos sobre subcanales OFDM distintos, las características del canal de propagación pueden ser determinadas a través de un conjunto de subcanales K que contienen símbolos pilotos, donde K es menor que el número de subcanales OFDM en el sistema. Además de transmitir símbolos piloto sobre subcanales distintos, el sistema puede transmitir una secuencia piloto de dominio de tiempo que puede ser utilizada para determinar características del canal de propagación. Junto con la generación y transmisión de símbolos piloto, un aspecto de la invención es la compresión de la cantidad de información necesaria para reconstruir las características del canal de propagación.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS Las características, naturaleza y ventajas de la presente invención se volverán más evidentes a partir de la descripción detallada expuesta a continuación cuando se tome en conjunto con los dibujos, en los cuales caracteres de referencia similares identifican lo correspondiente a su través y donde: La Figura ÍA es un diagrama de un sistema de comunicaciones de entrada múltiple y salida múltiple (MIMO) ; La Figura IB es un diagrama de un sistema MIMO basado en OFDM con retroalimentación de información del estaco de canal; La Figura 1C es un diagrama de una estructura de señal piloto OFDM ejemplar que puede ser utilizada para estimar la información de estado del canal; La Figura 2 es un diagrama que ilustra gráficamente un ejemplo específico de la transmisión de una antena de transmisión y una unidad transmisora; La Figura 3 es un diagrama de bloques de un procesador de datos y un modulador del sistema de comunicaciones basado en la Figura ÍA; Las Figuras 4A y 4B son diagramas de bloque de dos versiones de un procesador de datos de canal que pueden ser utilizados para procesar un flujo de datos de canal tales como datos de control, transmisión, voz o tráfico; Las Figuras 5A hasta 5C son diagramas de bloques de las unidades de procesamiento que pueden ser utilizadas para generar la señal de transmisión mostrada en la Figura 2; La Figura 6 es un diagrama de bloques de una unidad receptora, que tiene antenas de recepción múltiples, las cuales pueden ser utilizadas para recibir uno o más flujos de datos de canal; y La Figura 7 muestra pilotos que ilustran la eficiencia espectral que puede ser lograda con algunos de los modos de operación de un sistema de comunicaciones de acuerdo con una modalidad.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LAS MODALIDADES ESPECIFICAS La Figura ÍA es un diagrama de un sistema de comunicaciones de Entradas Múltiples/Salida Múltiples (MIMO) 100 capaz de implementar algunas modalidades de la invención. El sistema de comunicaciones 100 puede operar para proporcionar una combinación de diversidad de antena, frecuencia y temporal para incrementar la eficiencia espectral, mejorar el desempeño y aumentar la flexibilidad. El incremento de la eficiencia espectral se caracteriza por la capacidad para transmitir más bits por segundo por Hertz (pbs/Hz) cuando y donde es posible utilizar mejor el ancho de banda del sistema disponible. Las técnicas para obtener mayor eficiencia espectral mayor son descritas con mayor detalle más adelante. La mejora del funcionamiento puede ser cuantificada, por ejemplo, por un porcentaje de errores de bits (BER) o porcentajes de errores de cuadro (FER) menor para una relación de portador a ruido más interferencia de (C/I) de un enlace dado. Y la mayor o mejor flexibilidad se caracteriza por la capacidad para acomodar usuarios múltiples que tienen requerimientos diferentes y típicamente dispares. Esas netas pueden ser logradas, en parte empleando la modulación multiportador, multiplexión por división de tiempo (TDM) , antenas de transmisión y/o recepción múltiples y otras técnicas. Las características, aspectos y ventajas de la invención son descritos con mayor detalle más adelante. Como se muestra en la FIGURA 1A, el sistema de comunicaciones 100, incluye un primer sistema 110 en comunicación con un segundo sistema 120. El sistema 110 incluye un procesador de datos (de transmisión) 112 que (1) recibe o genera datos, (2) procesa los datos para proporcionar diversidad de antena, frecuencia o temporal, o una combinación de las mismas, y (3) proporciona símbolos de modulación procesados a un número de moduladores (MOD) 114a hasta 114t. Cada modulador 114 procesa además los símbolos de modulación y genera una señal modulada por RF adecuada para la transmisión. Las señales moduladas por RF de los moduladores 114a hasta 114t son entonces transmitidas desde las antenas respectivas 116a hasta 116t sobre enlaces de comunicaciones 118 al sistema 120. En la FIGURA ÍA, el sistema 120 incluye un número de antenas de recepción 122a hasta 122r que reciben las señales transmitidas y proporcionan las señales recibidas a desmoduladores respectivos (DEMOD) 124a hasta 124r. Como se muestra en la FIGURA ÍA, cada antena receptora 122 puede recibir señales de una o más antenas de transmisión 116 dependiendo de un número de factores, tales como, por ejemplo, el modo de operación utilizado en el sistema 110, la directividad de las antenas de transmisión y recepción, las características de los enlaces de comunicaciones, y otros. Cada desmodulador 124 desmodula la señal recibida respectiva utilizando un esquema de desmodulación que es complementario al esquema de modulación utilizado en el transmisor. Los símbolos desmodulados de los desmoduladores 124a hasta 124r son entonces proporcionados a un procesador de datos (de recepción) 126 que procesa además los símbolos para proporcionar los datos de salida. El procesamiento de los datos en las unidades transmisora y receptora son descritos con mayor detalle más adelante. La FIGURA ÍA muestra únicamente la transmisión del enlace de ida del sistema 110 al sistema 120. Esta configuración puede ser utilizada para transmitir datos y otras aplicaciones de transmisión de datos en un sentido. En un sistema de comunicaciones bidireccional, también se proporciona un enlace de regreso del sistema 120 al sistema 110, aunque no se muestra en la FIGURA ÍA por simplicidad. Para el sistema de comunicaciones bidireccional, cada uno de los sistemas 110 y 120 puede operar como una unidad transmisora o una unidad receptora, o ambas concurrentemente, dependiendo de sí los datos están siendo transmitidos de, o recibidos en, la unidad. Por simplicidad, el sistema de comunicaciones 100 es mostrado como si incluyera una unidad transmisora (es decir, el sistema 110) y una unidad receptora (es decir, el sistema 120) . Sin embargo, en general, están presentes antenas de transmisión múltiples y antenas de recepción múltiples en cada unidad transmisora y cada unidad receptora. El sistema de comunicaciones de la invención puede incluir cualquier número de unidades transmisoras y unidades receptoras. Cada unidad transmisora puede incluir una sola antena de transmisión o un número de antenas de transmisión, tal como se muestra en la FIGURA ÍA. De manera similar, cada unidad receptora puede incluir una sola antena receptora o un número de antenas de recepción, nuevamente, tal como se muestra en la FIGURA 1A. Por ejemplo, el sistema de comunicaciones puede incluir un sistema central (es decir, similar a una estación base en el sistema CDMA IS-95) que tiene un número de antenas que transmiten datos a, y reciben datos de, un número de sistemas remotos (es decir, unidades de abonado, similares a las estaciones remetas en el sistema CDMA) , algunas de las cuales pueden incluir una antena, y otras de las cuales pueden incluir antenas múltiples. Como se utiliza aquí, una antena se refiere a una colección de uno o más elementos de antena que están distribuidos en el espacio. Los elementos de antena pueden ser localizados físicamente en un solo sitio o distribuidos sobre múltiples sitios. Los elementos de antena localizados físicamente en un solo sitio, pueden ser operados como un arreglo de antena (por ejemplo, tal como para una estación base CDMA) . Una red de antenas consiste de una colección de arreglos o elementos de antena que están separados físicamente (por ejemplo, varias estaciones base CDMA) . Un arreglo de antena o una red de antena puede ser diseñado con la capacidad para formar haces y para transmitir múltiples haces desde el arreglo de red de antenas. Por ejemplo, una estación base CDMA puede ser diseñada con la capacidad para transmitir hasta tres haces a tres diferentes secciones de un área de cobertura (o sectores) del mismo arreglo de antena. De este modo, los tres haces pueden ser vistos como tres transmisiones desde tres antenas . El sistema de comunicaciones de la invención puede ser diseñado para proporcionar un esquema de comunicaciones multiusuario, de acceso múltiple, capaz de soportar unidades de abonado que tengan diferentes requerimientos, así como capacidades. El esquema permite que el ancho de operación total del sistema, W (por ejemplo 1.2288 MHz) sea compartido de manera eficiente entre diferentes tipos de servicios que puedan tener requerimientos de velocidad de datos, retraso y calidad de servicio (QOS) altamente dispares. Los ejemplos de tales tipos dispares de servicios incluyen servicios de voz y servicios de datos. Los servicios de voz se caracterizan típicamente por una baja velocidad de datos (por ejemplo, de 8 kbps a 32 kbps), un retraso de procesamiento corto (por ejemplo de 3 milisegundos a 100 milisegundos de retraso en un sentido total), y uso sostenido de un canal de comunicaciones durante un periodo de tiempo prolongado. Los requerimientos de retraso corto impuestos por los servicios de voz, típicamente requieren que una pequeña fracción de los recursos del sistema sea dedicada a cada llamada de voz durante la duración de la llamada. En contraste, los servicios de datos se caracterizan por tráficos en "ráfagas" en los cuales son enviadas cantidades variables de datos a tiempos esporádicos. La cantidad de datos puede variar significativamente de ráfaga a ráfaga y de usuario a usuario. Para una mayor eficiencia, el sistema de comunicaciones de la invención puede ser diseñado con la capacidad para asignar una porción de los recursos disponibles a servicios de voz según se requiera, y los recursos restantes a los servicios de datos. Una fracción de los recursos del sistema disponibles también puede ser dedicada a ciertos servicios de datos o ciertos tipos de servicios de datos . La distribución de las velocidades de datos que pueden ser logradas por cada unidad de abonado, puede variar ampliamente entre algunos " valores instantáneos mínimos y máximos (por ejemplo de 200 kbps a más de 20 Mbps) . La velocidad de datos alcanzable para una unidad de abonado particular en cualquier momento dado puede ser influenciada por un número de factores, tales como la cantidad de potencia de transmisión disponible, la calidad del enlace de comunicaciones (es decir, la C/I), el esquema de codificación y otros. El requerimiento de velocidad de datos de cada unidad de abonado también puede variar ampliamente entre un valor mínimo (por ejemplo, 8 kbps, para una llamada de voz) todo el camino hasta la velocidad pico instantánea soportada máxima (por ejemplo 20 Mbps para servicios de datos en ráfaga) . El porcentaje de tráfico de voz y datos es típicamente una variable aleatoria que cambia con el tiempo. De acuerdo con ciertos aspectos de la invención, para soportar eficientemente ambos tipos de servicios concurrentemente, el sistema de comunicaciones de la invención está diseñado con la capacidad para asignar dinámicamente los recursos disponibles sobre la base de la cantidad de tráfico de voz y datos. Más adelante, se describe un esquema para asignar dinámicamente recursos. Otro esquema para asignar recursos se describe en la Solicitud de Patente Estadounidense No. de Serie 08/963,386 mencionada anteriormente. El sistema de comunicaciones de la invención, proporciona las características y ventajas descritas anteriormente, y es capaz de soportar diferentes tipos de servicios que tengan requerimientos dispares. Las características son logradas empleando la diversidad de antena, frecuencia y temporal o una combinación de las mismas. La diversidad de antena, frecuencia y temporal puede ser lograda independientemente, y seleccionada dinámicamente. Como se utiliza aquí, la diversidad de antenas se refiere a la transmisión y/o recepción de datos sobre más de una antena, diversidad de frecuencia se refiere a la transmisión de datos sobre más de una subbanda, y diversidad temporal se refiere a la transmisión de datos sobre más de un periodo de tiempo. La diversidad de antena, frecuencia y temporal puede incluir subcategorías. Por ejemplo, la diversidad de transmisión de refiere al uso de más de una antena de transmisión y una forma para mejorar la confiabilidad del enlace de comunicaciones, la diversidad de recepción se refiere al uso de más de una antena de recepción en alguna forma para mejorar la confiabilidad del enlace de comunicaciones y la diversidad espacial se refiere al uso de antenas de transmisión y recepción múltiples para mejorar la confiabilidad y/o incrementar la capacidad del enlace de comunicaciones. La diversidad de transmisión y recepción también puede ser utilizada en combinación para mejorar la confiabilidad del enlace de comunicaciones sin incrementar la capacidad de enlace. De este modo pueden ser logradas varias combinaciones de diversidad de antena, frecuencia y temporal y estar dentro del alcance de la presente invención. La diversidad de frecuencia puede ser proporcionada mediante el uso de un esquema de modulación multiportador tal como la multiplexión por división de frecuencia ortogonal (OFDM) , la cual permite la transmisión de datos sobre varias subbandas del ancho de banda de la operación. La diversidad temporal se logra transmitiendo los datos sobre diferentes tiempos, lo cual puede ser logrado de manera más fácil con el uso de la multiplexión por división de tiempo (TDM) . Esos diferentes aspectos del sistema de comunicaciones de la invención se describen con mayor detalle- más adelante. De acuerdo con un aspecto de la invención, la diversidad de antena se logra empleando un número de antenas de transmisión (Nt) en la unidad transmisora o un número" de antenas de recepción (NR) en la unidad receptora, o antenas múltiples en ambas unidades transmisora y receptora. En un sistema de comunicaciones terrestres (por ejemplo, un sistema celular, un sistema de transmisión, un sistema MMDS, y otros), una señal modulada por RF de una unidad transmisora puede alcanzar la unidad receptora vía un número de trayectorias de transmisión. Las características de las trayectorias de transmisión típicamente varían con el tiempo sobre la base de un número de factores. Si es utilizada más de una antena de transmisión o recepción, y si las trayectorias de transmisión entre las antenas de transmisión y recepción son independientes (es decir que no están correlacionadas), lo cual es generalmente cierto al menos en un grado, entonces la probabilidad de recibir correctamente la señal transmitida se incrementa cuando se incrementa el número de antenas. De manera general, cuando el número de antenas de transmisión y recepción se lí incrementa, la diversidad se incrementa y mejora el desempeño . La diversidad de antena es proporcionada dinámicamente sobre la base de las características del enlace de comunicación para proporcionar el desempeño requerido. Por ejemplo, puede proporcionarse un mayor grado de diversidad de antena para algunos tipos de comunicación (por ejemplo, señalización), para algunos tipos de servicios (por ejemplo, voz), para algunas características del enlace de comunicaciones (por ejemplo, baja C/I) , o para algunas otras condiciones o consideraciones . Como se utiliza aquí, la diversidad de antena incluye la diversidad de transmisión y la diversidad de recepción. Para la diversidad de transmisión, los datos son transmitidos sobre antenas de transmisión múltiple. Típicamente, el procesamiento adicional se efectúa sobre los datos transmitidos de las antenas de transmisión para lograr la diversidad deseada. Por ejemplo, los datos transmitidos desde diferentes antenas de transmisión pueden ser retrasados o reordenados en el tiempo, o codificados e intercalados a través de las antenas de transmisión disponibles. También, puede ser utilizada la diversidad de frecuencia y temporal en conjunto con las diferentes antenas de transmisión. Para la diversidad de recepción, las señales moduladas son recibidas en antenas de . recepción múltiple, y la diversidad se logra simplemente recibiendo las señales vía diferentes trayectorias de transmisión. De acuerdo con otro aspecto de la invención, la diversidad puede ser lograda empleando un esquema de modulación multiportador. Uno de tales esquemas que tiene numerosas ventajas es el OFDM. Con la mcdulación OFDM, el canal de transmisión total es dividido esencialmente en un número de subcanales paralelos (L) que son utilizados para transmitir los mismos o diferentes datos. El canal de transmisión total ocupa el ancho de banda de operación total de W, y cada uno de los subcanales ocupa una subbanda que tiene un ancho de banda de /L y centrado a una frecuencia central diferente. Cada subcanal tiene un ancho de banda que es una porción del ancho de banda de operación total. Cada uno de los subcanales también puede ser considerado un canal de transmisión de datos independiente que puede estar asociado con un esquema de procesamiento, codificación y modulación particular (y posiblemente único), como se describe más adelante. Los datos pueden ser transmitidos y repartidos sobre cualquier conjunto definido de dos o más subbandas para proporcionar diversidad de frecuencia. Por ejemplo, la transmisión a una unidad de abonado particular puede ocurrir sobre el subcanal 1 en intervalo de tiempo 1, el subcanal 5 en el intervalo de tiempo 2, el subcanal 2 en el intervalo de tiempo 3 y así sucesivamente. Como otro ejemplo, los datos para una unidad de abonado particular pueden ser transmitidos sobre los subcanales 1 y 2 en el intervalo de tiempo 1 (por ejemplo, con los mismos datos siendo" transmitidos con los mismos subcanales), los subcanales 4 y 6 en el intervalo de tiempo 2, únicamente el subcanal 2 en el intervalo de tiempo 3 y así sucesivamente. La transmisión de datos sobre diferentes subcanales en el tiempo puede mejorar el funcionamiento de un sistema de comunicaciones que experimente desvanecimiento selectivo de frecuencia y distorsión de canal. Otros beneficios de la modulación OFDM se describen más adelante. De acuerdo con otro aspecto más de la invención, la diversidad temporal se logra transfiriendo datos a diferentes tiempos, lo cual puede ser logrado más fácilmente utilizado la multiplexión por reducción de tiempo (TDM) . Para servicios de datos (y posiblemente para servicios de voz), la transmisión de datos ocurre sobre intervalos de tiempo que pueden ser seleccionados para proporcionar inmunidad a la degradación dependiente del tiempo en el enlace de comunicaciones. La diversidad temporal también puede ser lograda a través del uso de la intercalación. Por ejemplo, la transmisión a una unidad de abonado particular puede ocurrir sobre los intervalos de tiempo 1 hasta x, o sobre un subconjunto de posibles intervalos de tiempo de 1 hasta x (por ejemplo, los intervalos de tiempo 1, 5, 8 y así sucesivamente) . La cantidad de datos transmitidos en cada intervalo de tiempo puede ser variable o fija. La transmisión sobre intervalos de tiempo múltiples proporciona la probabilidad de corregir la recepción de datos debido a, por ejemplo, el ruido de impulso e interferencia. La combinación de la diversidad de antena, frecuencia y temporal permite al sistema de comunicaciones de la invención proporcionar un desempeño robusto. La diversidad de antena, frecuencia y/o temporal mejora la probabilidad de corregir la recepción de al menos algunos de los datos transmitidos, los cuales pueden entonces ser utilizados (por ejemplo, a través de la descodificación) para corregir algunos de los errores que puedan haber ocurrido en las otras transmisiones. La combinación de la diversidad de antena, frecuencia y temporal también permite al sistema de comunicaciones acomodar concurrentemente diferentes tipos de servicios que tengan requerimientos de velocidad de datos, retraso de procesamiento y calidad de servicio dispares. Los sistemas de comunicaciones de la invención pueden ser diseñados y operados en un número de diferentes modos de comunicaciones, con cada modo de comunicaciones empleando la diversidad de antena, frecuencia o temporal, o una combinación de las mismas. Los modos de comunicaciones incluyen, por ejemplo, un modo de comunicaciones de diversidad y un modo de comunicaciones MIMO. También pueden ser soportadas varias comunicaciones de los modos de comunicaciones de diversidad y MIMO por el sistema de comunicaciones. También, pueden ser implementados otros modos de comunicaciones y están dentro del alcance de la presente invención. El modo de comunicaciones de diversidad emplea la diversidad de transmisión y/o diversidad de recepción, diversidad de frecuencia o temporal, o una combinación de las mismas, y generalmente se usa para mejorar la confiabilidad del enlace de comunicaciones. En una implementación del modo de comunicaciones de diversidad, la unidad transmisora selecciona un esquema de modulación y codificación (es decir, configuración) de un conjunto finito de posibles configuraciones, conocidas como las unidades receptoras. Por ejemplo, cada canal aéreo y común puede ser asociado con una configuración particular que sea conocida a todas las unidades receptoras. Cuando es utilizado el modo de comunicaciones de diversidad por un usuario específico (por ejemplo, para la una llamada de voz o transmisión de datos), el modo y/o configuración pueden ser conocidas a priori (por ejemplo, de una instalación previa) o negociadas (por ejemplo, vía un canal común) por la unidad receptora. En el modo de comunicaciones de diversidad, los datos son transmitidos sobre uno o más subcanales, de una o más antenas, y en uno o más periodo de tiempo. Los subcanales asignados pueden ser .asociados con la misma antena, o pueden ser subcanales asociados con diferentes antenas. En una aplicación común del modo de comunicaciones de diversidad, el cual también es referido como un modo de comunicaciones de diversidad "puro", los datos son transmitidos desde todas las antenas de transmisión disponibles a la unidad receptora de destino. El modo de comunicaciones de diversidad puro puede ser utilizado en casos donde los recubrimientos de diversidad de datos son bajos o cuando la C/I es baja, o cuando ambas son ciertas. El modo de comunicaciones MIMO emplea la diversidad de antena en ambos extremos del enlace de comunicación y es generalmente utilizado para mejorar la confiabilidad e incrementar la incapacidad del enlace de comunicaciones. El modo de comunicaciones MIMO puede emplear la diversidad de frecuencia- y/o temporal en combinación con la diversidad de antena. El modo de comunicaciones MIMO, el cual puede también ser referido aquí como el modo de comunicaciones espacial, emplea uno o más modos de procesamiento a ser descritos más adelante. El modo de comunicaciones de diversidad generalmente tiene una eficiencia espectral menor que el modo de comunicaciones MIMO, especialmente a altos niveles de C/I. Sin embargo, a valores de C/I de bajos a moderados, el modo de comunicaciones de diversidad logra una eficiencia comparable y puede ser más fácil de implementar. En general, el uso del modo de comunicaciones MIMO proporciona mayor eficiencia espectral cuando se utiliza, particularmente a valores de C/I de moderados a altos. El modo de comunicaciones MIMO puede de este modo ser utilizado de manera ventajosa cuando los requerimientos de velocidad de datos sean de moderados a altos. El sistema de comunicaciones puede ser diseñado para soportar concurrentemente ambos modos de comunicaciones de diversidad de MIMO. Los modos de comunicaciones pueden ser aplicados de varias formas, para incrementar la flexibilidad, pueden ser aplicados de manera independiente sobre una base de subcanal. El modo de comunicaciones MIMO es aplicado -en típicamente a usuarios específicos. Sin embargo, cada modo de comunicaciones puede ser aplicado sobre cada subcanal independientemente, a través de un subconjunto de subcanales, a través de todos los subcanales, o sobre alguna otra base. Por ejemplo, el uso del modo de comunicaciones MIMO puede ser aplicado a un usuario específico (por ejemplo, un usuario de datos) y, concurrentemente, el uso del modo de comunicaciones de diversidad puede ser aplicado a otro usuario específico (por ejemplo, un usuario de voz) sobre un subcanal diferente. El modo de comunicaciones de diversidad también puede ser aplicado, por ejemplo, sobre subcanales que experimenten mayor pérdida de trayectoria. El sistema de comunicaciones de la invención también puede ser diseñado para soportar un número del modo de procesamiento. Cuando la unidad transmisora es provista con información indicativa de las condiciones (es decir, "estado") del enlace de comunicaciones, puede ser efectuado un procesamiento adicional en la unidad transmisora para mejorar aún más el desempeño e incrementar la eficiencia. Puede estar disponible información de estado de canal (CSl) completa o CSl parcial a la unidad transmisora. La CSl completa incluye una caracterización suficiente de la trayectoria de propagación (es decir, la amplitud y fase) entre todos los pares de antena de transmisión y recepción por cada subbanda. La CSl completa también incluye la C/I por subbanda. La CSl completa puede ser incorporada en un conjunto de matrices de valores de ganancia complejos que sean descriptivos de las condiciones de las trayectorias de transmisión de las antenas de transmisión a las antenas de recepción, como se describe más adelante. La CSl parcial puede incluir, por ejemplo, la C/I de la subbanda. Con la CSl completa o la CSl parcial, la unidad transmisora preacondiciona los datos antes de la transmisión para la unidad receptora. La unidad transmisora puede preacondicionar las señales presentadas a las antenas transmisoras en una forma que es única a una unidad receptora específica (por ejemplo, el preacondicionamiento es efectuado por cada subbanda asignada a esa unidad receptora) . En tanto el canal no cambie apreciablemente desde el momento que es medido por la unidad receptora y posteriormente sea enviado al transmisor utilizado para el preacondicionamiento y transmisión, la unidad receptora pretendida puede desmodular la transmisión. En esta impiementación, una comunicación MIMO basada en una CSl completa puede únicamente ser desmodulada por la unidad receptora asociada con la CSl utilizada para el preacondicionamiento de las señales transmitidas. Los modos de procesamiento de CSl parcial o no CSl, la unidad transmisora puede emplear el esquema de modulación o codificación común (por ejemplo, sobre cada transmisión de canal de datos), los cuales puede ser entonces (en teoría) desmodulados por todas las unidades receptoras. En el modo de procesamiento de CSl parcial, una sola unidad receptora puede especificar la C/I, y la modulación empleada sobre todas las antenas puede ser seleccionada en consecuencia (por ejemplo, para la transmisión confiable) por esa unidad receptora. Otras unidades receptoras pueden intentar desmodular la transmisión, y si tiene una C/I adecuada, pueden ser capaces de recuperar exitosamente la transmisión. Un canal común (por ejemplo, de transmisión) puede utilizar un modo de procesamiento no CSl par alcanzar a todos los usuarios . Como un ejemplo, asúmase que el modo de comunicaciones MIMO es aplicado a un flujo de datos de canal que es transmitido sobre un subcanal particular desde cuatro antenas de transmisión. El flujo de datos de canal es desmultiplexado en cuatro subflujos de datos, un subflujo de datos por cada antena de transmisión.

Cada subflujo de datos es entonces modulado utilizando un esquema de modulación particular (por ejemplo, M-PSK, M- QAM u otro) seleccionado sobre la base de la CSl para esa subbanda y para la antena de transmisión. De este modo son generados cuatro subflujos de modulación con los cuatro subflujos de datos, con cada subflujo de modulación incluyendo un flujo de símbolos de modulación. Los cuatro subflujos de modulación son entonces preacondicionados utilizando la matriz de vectores propios, como se expresó anteriormente en la ecuación (1), para generar símbolos de modulación preacondicionados. Los cuatro flujos de símbolos de modulación preacondicionados son proporcionados respectivamente a los cuatro combinadores de las cuatro antenas de transmisión. Cada combinador combina los símbolos de modulación preacondicionados recibidos con los símbolos de modulación para los otros subcanales para generar un flujo de vectores de símbolos de modulación para la antena de transmisión asociada. El procesamiento basado en la CSl completa, es típicamente empleado en el modo de comunicaciones MIMO, donde son transmitidos flujos de datos paralelos a un usuario específico sobre cada uno de los modos propios del canal por cada uno de los subcanales asignados. Puede efectuarse un procesamiento similar basado en la CSl completa donde la transmisión sobre sólo un subconjunto de los modos propios disponibles es acomodada en cada uno de los subcanales asignados (por ejemplo, para implementar la dirección de haz) . Debido al costo asociado con el procesamiento CSl completo (por ejemplo, incremento de complejidad en las unidades transmisora y receptora, incremento aéreo de la transmisión de la CSl de la unidad receptora a la unidad transmisora, y así sucesivamente) , el procesamiento de CSl completo puede ser aplicado en ciertos casos en el modo de comunicaciones MIMO, donde se justifica el incremento adicional en el desempeño y la eficiencia. En casos donde la CSl completa no esté disponible, puede estar disponible información menos descriptiva sobre la trayectoria de transmisión (o CSl parcial) , y puede ser utilizada para preacondicionar los datos antes de la transmisión. Por ejemplo, puede estar disponible una C/I de cada uno de los subcanales. La información de C/I puede entonces ser utilizada para controlar la transmisión de varias antenas de transmisión para proporcionar el desempeño requerido en los subcanales de interés e incrementar la capacidad del sistema . Como se utiliza aquí, los modos de procesamiento basados en la CSl completa, denotan ur. modo de procesamiento que utilizan la CSl completa, y los modos de procesamiento basados en la CSl parcial denotan un modo de procesamiento que utiliza una CSl parcial. Los modos de procesamiento basados en la CSl completa, incluyen, por ejemplo, el modo MIMO de CSl completa que utiliza el procesamiento basado en la CSl completa en el modo de comunicaciones MIMO. Los modos basados en la CSl parcial incluyen, por ejemplo, el modo MIMO de CSl parcial que utiliza el procesamiento basado en la CSl parcial en el modo de comunicaciones MIMO. En casos donde es empleado el procesamiento de CSl completa o CSl parcial para permitir que la unidad transmisora preacondicione los datos utilizando la información de estado de canal disponible (por ejemplo, los modos propios o C/I) se requiere información de retroalimentación de la unidad receptora, la cual utiliza una porción de la capacidad del enlace de regreso. Por lo tanto, existe un costo asociado con los modos de procesamiento basados en CSl completa y CSl parcial. El costo deberá ser factorado en la elección del modo de procesamiento a emplearse. El modo de procesamiento basado en la CSl parcial requiere menos aire y puede ser más eficiente en algunos casos. El modo de procesamiento basado en CSl no requiere aire, y también puede ser más eficiente que el modo de procesamiento basado en la CSl completa o el modo de procesamiento basado en la CSl parcial bajo algunas otras circunstancias. La FIGURA 2 es un diagrama que ilustra esquemáticamente al menos algunos de los aspectos del sistema de comunicaciones de la invención. La FIGURA 2 muestra un ejemplo específico de una transmisión de una antena de transmisión Nt en una unidad transmisora. En la FIGURA 2, el eje horizontal es el tiempo y el eje vertical es la frecuencia. En este ejemplo, el canal de transmisión incluye 16 subcanales y es utilizado para transmitir una secuencia de símbolos de OFDM con cada símbolo de OFDM cubriendo los 16 subcanales (un símbolo OFDM es indicado en la parte superior de la FIGURA 2 e incluye todas las 16 subbandas) . También se ilustra una estructura TDM, en la cual la transmisión de datos está repartida en intervalos de tiempo, con cada intervalo de tiempo teniendo la duración de, por ejemplo, la longitud de un símbolo de modulación (es decir, que cada símbolo de modulación es utilizado como el intervalo TDM) . Los subcanales disponibles pueden ser utilizados para transmitir datos de señalización, voz, tráfico y otros. En el ejemplo mostrado en la FIGURA 2, el símbolo de modulación en el intervalo de tiempo 1, corresponde a datos piloto, los cuales son transmitidos periódicamente para ayudar a las unidades receptoras a sincronizar y efectuar la estimación de canal. También pueden ser empleadas otras técnicas para distribuir datos pilotos sobre el tiempo y frecuencia y están dentro del alcance de la presente invención. Además, puede ser ventajoso utilizar un esquema de modulación particular durante el intervalo piloto si todos los subcanales son empleados (por ejemplo, un código de PN con una duración de una unidad elemental de aproximadamente 1/ ) . La transmisión del símbolo de modulación piloto típicamente ocurre a una velocidad de cuadro particular, la cual usualmente es seleccionada de modo que sea suficientemente rápida para permitir el seguimiento exacto de las variaciones en el enlace de comunicaciones . Los intervalos de tiempo no utilizados para transmisiones piloto pueden entonces ser utilizados para transmitir varios tipos de datos. Por ejemplo, los subcanales 1 y 2, pueden ser reservados para la transmisión de datos de control y transmisión de las unidades receptoras. Se pretende que los datos sobre esos subcanales generalmente sean recibidos por todas las unidades receptoras. Sin embargo, algunos de los mensajes sobre el canal de control pueden ser específicos del usuario, y pueden ser codificados en consecuencia.

Los datos de voz y los datos de tráfico pueden ser transmitidos en los subcanales restantes. Para el ejemplo mostrado en la FIGURA 2, el subcanal 3 a los intervalos de tiempo 2 hasta 9, es utilizado para la llamada de voz 1, el subcanal 4 en los intervalos de tiempo 2 hasta 9 es utilizado para la llamada de voz 2, el subcanal 5 en los intervalos de tiempo 5 hasta 9 es utilizado para la llamada de voz 3, y el subcanal 6 en los intervalos de tiempo 7 hasta 9 es utilizado para la llamada de voz 5. Los subcanales e intervalos de tiempo disponibles restantes pueden ser utilizados para transmisiones de datos de tráfico. En el ejemplo mostrado en la FIGURA 2, la transmisión de datos 1 utiliza los subcanales 5 hasta 16 en el intervalo de tiempo 2 y los subcanales 7 hasta 16 en el intervalo de tiempo 7, la transmisión de datos 2 utiliza los subcanales 5 hasta 16 en los intervalos de tiempo 3 y 4 y los subcanales 6 hasta 16 en los intervalos de tiempo 5, la transmisión de datos 3 utiliza los subcanales 6 hasta 16 en el intervalo de tiempo 6, la transmisión de datos 4 utiliza los subcanales 7 hasta 16 en el intervalo de tiempo 8, la transmisión de datos 5 utiliza los subcanales 7 hasta 11 en el intervalo de tiempo 9 y la transmisión de datos 6 utiliza los subcanales 12 hasta 16 en el intervalo de tiempo 9. Las transmisiones de datos 1 hasta 6 pueden representar transmisiones de datos de tráfico a una o más unidades receptoras. El sistema de comunicaciones de la invención soporta la flexibilidad de las transmisiones de datos de tráfico. Como se muestra en la FIGURA 2, puede ocurrir una transmisión de datos particular (por ejemplo, datos 2) sobre múltiples subcanales y/o múltiples intervalos de tiempo, y pueden ocurrir múltiples transmisiones de datos (por ejemplo datos 5 y 6) en un intervalo de tiempo. Una transmisión de datos (por ejemplo, datos 1) también puede ocurrir sobre intervalos de tiempo no contiguos. El sistema también puede ser diseñado para soportar múltiples transmisiones de datos sobre un subcanal. Por ejemplo, los datos de voz pueden ser multiplexados con datos de tráfico y transmitidos por un solo subcanal . La multiplexión de las transmisiones de datos puede cambiar potencialmente de símbolo a símbolo a OFDM. Además, el modo de comunicaciones puede ser diferente de usuario a usuario (por ejemplo, una transmisión de voz o datos a otra) . Por ejemplo, los usuarios de voz pueden utilizar el modo de comunicaciones de diversidad, y los usuarios de datos pueden utilizar los modos de comunicaciones MIMO. Este concepto puede extenderse al nivel de subcanal. Por ejemplo, un usuario de datos puede utilizar el modo de comunicaciones MIMO en subcanales que tengan C/I suficiente y el modo de comunicaciones de diversidad en subcanales restantes. La diversidad de antena, frecuencia y temporal puede ser lograda respectivamente transmitiendo datos desde antenas múltiples sobre subcanales múltiples en diferentes subbandas, sobre intervalos de tiempo múltiples. Por ejemplo, la diversidad de antena para una transmisión particular (por ejemplo, la llamada de voz 1) puede ser lograda transmitiendo los datos (voz) sobre un subcanal particular (por ejemplo, el subcanal 1) sobre dos o más antenas. La diversidad de frecuencia para una transmisión particular (por ejemplo, la llamada de voz 1), puede ser lograda transmitiendo los datos sobre dos o más subcanales en diferentes subbandas (por ejemplo, subcanales 1 y 2). Una combinación de diversidad de antena y frecuencia puede ser obtenida transmitiendo datos desde dos o más antenas y sobre dos o más subcanales. La diversidad temporal puede ser lograda transmitiendo datos sobre múltiples intervalos de tiempo. Por ejemplo, como se muestra en la FIGURA 2, la transmisión de datos 1 en el intervalo de tiempo 7 es una porción (por ejemplo, nueva o repetida) de la transmisión de datos 1 en el intervalo de tiempo 2. Los mismos o datos diferentes pueden ser transmitidos desde antenas múltiples y/o sobre subbandas múltiples para obtener la diversidad deseada. Por ejemplo, los datos pueden ser transmitidos sobre: (1) un subcanal de una antena, (2) un subcanal (por ejemplo, el subcanal 1) de múltiples antenas, (3) un subcanal de todas las antenas Nt, (4) un conjunto de subcanales (por ejemplo, los subcanales 1 y 2) de una antena, (5) un conjunto de subcanales de antenas múltiples, (6) un conjunto de subcanales de todas las antenas Nt, o (7) un conjunto de canales de un conjunto de antenas (por ejemplo el subcanal 1 de las antenas 1 y 2 en un intervalo de tiempo, los subcanales 1 y 2 de la antena 2 en otro intervalo de tiempo, y así sucesivamente) . De este modo, puede ser utilizada cualquier combinación de subcanales y antenas para proporcionar diversidad de antena y frecuencia. De acuerdo con ciertas modalidades de la invención que proporcionan la mayor flexibilidad y son capaces de lograr un alto desempeño y eficiencia, cada subcanal en cada intervalo de tiempo por cada antena de transmisión puede ser visto como una unidad de transmisión independiente (es decir, un símbolo de modulación) que puede ser utilizada para transmitir cualquier tipo de datos tales como datos piloto, de señalización, transición, tráfico -y otros, o una combinación de los mismos (por ejemplo, datos de voz y datos de tráfico multiplexado) . En tal diseño, a una llamada de voz se le puede designar dinámicamente diferente subcanales con el tiempo. La flexibilidad, desempeño y eficiencia son logrados además permitiendo independencia entre los símbolos de modulación, como se describe más adelante-.

Por ejemplo, cada símbolo de modulación puede ser generado a partir de un esquema de modulación (por ejemplo, M-PSK, M-QAM y otros) que den como resultado el mejor uso de los recursos en ese tiempo, frecuencia y espacio particulares. Puede colocarse un número de restricciones para simplificar el diseño e implementación de las unidades transmisoras y receptoras. Por ejemplo, a una llamada de voz se le puede asignar un subcanal durante la duración de la llamada, o hasta un tiempo en el cual se efectúe una reasignación de subcanal. También, pueden ser designados datos de señalización y/o transmisión a algún subcanal fijo (por ejemplo, el subcanal 1 para datos de control y el subcanal 2 para datos de transmisión, como se muestra en la FIGURA 2) de modo que las unidades receptoras conozcan a priori cuales subcanales desmodular para recibir los datos. También, cada canal o subcanal de datos puede ser restringido a un esquema de modulación particular (por ejemplo, M-PSK, M-QAM) durante la duración de la transmisión o durante un tiempo tal que sea asignado un nuevo esquema de modulación. Por ejemplo, en la FIGURA 2, la llamada de voz 1 en el subcanal 3 puede utilizar QPSK, la llamada de 2 en el subcanal 4 puede utilizar 16-QAM, la transmisión de datos 1 del intervalo de tiempo 2 puede utilizar 8-PSK, la transmisión de datos 2 a intervalos de tiempo 3 hasta 5 puede utilizar 16-QAM y así sucesivamente . El uso de TDM permite mayor flexibilidad en la transmisión de datos de voz y datos de tráfico, y se han contemplado varias asignaciones de recursos. Por ejemplo, a un usuario se le puede asignar un subcanal por cada intervalo de tiempo o, de manera equivalente, cuatro subcanales por cada cuatro intervalos de tiempo, o algunas otras asignaciones. La TDM permite que sean agregados y transmitidos datos a intervalos de tiempo asignados para una mayor eficiencia. Si se incrementa la actividad de voz en el transmisor, entonces en los intervalos donde no está siendo transmitida voz el transmisor puede asignar otros usuarios al subcanal, de modo que la eficiencia del canal sea maximizada. En el caso de que no estén disponibles datos para transmitir durante periodos de voz libres, el transmisor puede hacer disminuir (o interrumpir) la energía transmitida en el subcanal, reduciendo los niveles de interferencia presentados a otros usuarios en el sistema que estén utilizando el mismo subcanal en otra célula en la red. La misma característica también puede extenderse a los canales aéreos, de control, datos y otros. La asignación de una pequeña porción de los recursos disponibles durante un periodo de tiempo continuo típicamente da como resultado menores retrasos, y puede ser más adecuada para servicios sensibles a retraso tales como la voz. La transmisión utilizando TDM puede proporcionar mayor eficiencia al costo de posibles retrasos adicionales. El sistema de comunicaciones de la invención puede asignar recursos para satisfacer los requerimientos del usuario y lograr mayor eficiencia y desempeño.

Medición y Reporte de la Información del Estado del Canal en un Sistema MIMO Dada la complejidad de un sistema que utiliza antenas de transmisión múltiples y antenas de recepción múltiples, con los efectos de canal dispersivo asociados, la técnica de modulación preferida es la OFDM, la cual descompone efectivamente el canal en un conjunto de canales o subcanales de banda estrecha no interfirientes . Con el diseño de la señal OFDM apropiada, una señal transmitida sobre un subcanal parece experimentar "desvanecimiento plano", es decir, que la respuesta del canal es efectivamente constante sobre el ancho de banda del subcanal. La información de estado del canal o CSl incluye una caracterización suficiente de la trayectoria de propagación (es decir, amplitud y fase) entre todos los pares de antena de transmisión y recepción para cada subcanal. La CSl también incluye la información de los niveles relativos de interferencia y ruido en cada subcanal, es decir conocida como información C/I. La CSl puede ser incorporada en un conjunto de matrices de valores de ganancia compleja que son descriptivos de las condiciones de las trayectorias de transmisión de las antenas de transmisión a las antenas de recepción, como se describe más adelante. Con la CSl, la unidad transmisora preacondiciona los datos antes de la transmisión de la unidad receptora. Se describe brevemente el procesamiento de la CSl. Cuando la CSl está disponible en la unidad transmisora, un método simple es descomponer el canal de entradas múltiples y salidas múltiples en un conjunto de canales independientes. Dada la función de transferencia de canal en los transmisores, los- vectores propios dejados pueden ser utilizados para transmitir diferentes flujos de datos. El alfabeto de modulación utilizado con cada vector propio es determinado por la C/I disponible de ese modo, dado por los valores propios. Si H es la matriz de NR x Nt que da la respuesta de canal para los elementos de la antena transmisora Nt y los elementos de la antena receptora NR a un tiempo específico y x es el vector Nt de entrada al canal, entonces la señal recibida puede ser expresada como: = Hx + n, donde n es un vector NR que representa la interferencia más ruido. La descomposición del vector propio de la matriz de Hermitian formada por el producto de la matriz de canal con su transposición de conjugado puede expresarse como: H*H =EEE* , donde el símbolo * denota la transposición del conjugado, E es la matriz de vectores propios, y É es una matriz diagonal de valores propios, ambas de dimensiones MtxNt. El transmisor "convierte un conjunto de símbolos de modulación de Nt b utilizando la matriz de vectores propios E. Los símbolos de modulación transmitidos de las antenas de transmisión Nt pueden de este modo ser expresados como: x = Eb . Para todas las antenas, el preacondicionamiento puede de este modo ser logrado por una operación de multiplicación de matriz expresada como: donde bi, b2 , ... y bNT son respectivamente los símbolos de modulación para un subcanal particular en las antenas de transmisión 1, 2, ... Nt, donde cada símbolo de modulación puede ser generado utilizando, por ejemplo, M-PSK, M-QAM, y así sucesivamente, como se describe más adelante; E = es la matriz de vectores propios relacionada con la pérdida de transmisión de las antenas de transmisión a las antenas de recepción; y Xi, x2, ... xNT son símbolos de modulación preacondicionados, los cuales pueden ser expresados como: X!= h • en + b2 • ei2 + . . . + bNT • e1NT, x2= £>i • e2? + b2 • e22 + . . . + bNT • e2NT, y Xwr= bl # &NT1 + t>2 • eNT2 + • . . + bwx • eNTNT, Puesto que H*H es Hermitian, la matriz de vectores propios es unitaria. De este modo, si los elementos de b tienen potencia igual, los elementos de x también tienen una potencia igual. La señal recibida puede entonces ser expresada como: = HEb + n.

El receptor efectúa una operación de filtración equilibrada de canal, seguida por la multiplicación por los vectores propios de la derecha. El resultado de la operación de filtración equilibrada de canal es el vector z, el cual puede ser expresado como: E H H£b + E H n = Eb + n, Ec. (2; donde el nuevo término de ruido tiene una covarianza que puede ser expresada como: E(nn*) = E (E*H*nn HE) = E*H*HE=? , es decir, que los componentes de ruido son independientes con la varianza dada por los valores propios. La C/I del iésimo componente de z es ?1, es el iésimo elemento diagonal de É. La unidad transmisora puede, de este modo, seleccionar un alfabeto de modulación (es decir, constelación de señales) por cada uno de los vectores propios sobre la base de la C/I que sea dada por el valor propio. Siempre que las condiciones del canal no cambien apreciablemente en el intervalo entre tiempo en el que la CSl es medida en el receptor y reportado y usado para preacondicionar la transmisión en el transmisor, el desempeño del sistema de comunicación será entonces equivalente al de un conjunto de canales A GN independientes con C/I conocidas.

Tal sistema es ilustrado en la FIGURA IB. En el paso 141, la unidad transmisora 140 convierte datos en subcanales de datos múltiples. Son empleadas diferentes constelaciones, de QAM, dependiendo de la SNR del modo y subcanal. Los datos de cada subcanal son preacondicionados por la matriz de modo propio para ese subcanal. En el paso 142, los datos preacondicionados para una antena particular experimenta una operación de Transformación de Fourier Rápida Inversa (IFFT) para producir una señal de dominio de tiempo. En el paso 143, se anexa una extensión cíclica o prefijo cíclico a la señal de dominio de tiempo para mantener la ortogonalidad entre los subcanales OFDM en presencia de dispersión temporal en el canal de propagación, se genera un valor de símbolo extendido por cada subcanal OFDM y será referido posteriormente como un símbolo OFDM. En el paso 144, los símbolos OFDM son transmitidos desde las antenas de transmisión múltiples. Las antenas múltiples en la unidad receptora 145 reciben señales en el paso 146. En el paso 147, las señales recibidas experimentan una operación de Transformación de Fourier Discreta (DFT) para canalizar las señales recibidas. En el paso 148, los datos de cada subcanal sobre todas las antenas receptoras son procesados. En este paso de procesamiento, la información relacionada con las características del canal es extraída de los datos, y convertida en un formato más comprimido. Una técnica de compresión es el uso de la respuesta de canal conjugada y la matriz del modo propio para reducir la cantidad de información necesaria para describir las características del canal. En el paso 149, un mensaje que contiene la información de estado del canal comprimida es transmitida desde la unidad receptora 145 hasta la unidad transmisora 140, la cual será entonces utilizada para preacondicionar las transmisiones adicionales. Para facilitar la derivación de la CSl, la forma de onda de transmisión es hecha de símbolos piloto conocidos por un preámbulo inicial. Las formas de onda piloto para diferentes antenas de transmisión comprenden un conjunto disjuntos de subcanales OFDM como se ilustra para el caso cuando Nt = 4n en la FIGURA 1C. Con la modulación OFDM, el canal de propagación es dividido en L subcanales paralelos. Para determinar la CSl rápidamente, es transmitido un preámbulo inicial que consiste totalmente de símbolos conocidos. Para distinguir eficientemente las diferentes respuestas de canal de los diferentes patrones de antena de transmisión-recepción, a las señales piloto se les asignan subconjuntos disjuntos de subcanales. La FIGURA 1C es un diagrama de una estructura piloto OFDM ejemplar compuesta de subconjuntos de subcanales disjuntos. Un conjunto de subcanales compuesto de subcanales [0, 1, 2, ...2n-l] se descompone en cuatro subconjuntos de subcanales disjuntos A= [0, 4 , 8, ... , 2n-4 ] , B= [ 1, 5, 9, ... , 2n- 3], C=[2,6,10, ...,2n-2] y D= [3, 7, 11, ... , 2n-l] . El subconjunto de canales A 150 es transmitido sobre la antena de transmisión Txl 151, el subconjunto de subcanales B 152 es transmitido sobre la antena de transmisión Tx 153, el subconjunto de subcanales C 154 es transmitido sobre la antena de transmisión Tx3 155, y el subconjunto de subcanales D 156 es transmitido sobre la antena de transmisión Tx4 157. .De manera general, cada antena de transmisión transmite sobre cada Nésimo subcanal a través del canal de modo que todos los subcanales sean disjuntos entre las antenas de transmisión. Los símbolos piloto conocidos pueden ser transmitidos sobre todos los subcanales en un subconjunto de subca?ales. La separación mínima de los subcanales utilizados por una antena de transmisión particular es una función de los parámetros del canal. Si la respuesta del canal tiene una dispersión de retraso grande, entonces puede ser necesaria una separación estrecha. Si el número de antenas es suficientemente grande de modo que la separación requerida no pueda ser lograda por todos los usuarios con un solo símbolo OFDM, entonces puede ser empleado un número de símbolos OFDM consecutivos, con cada antena asignada a un subconjunto disjunto de subcanales sobre uno o más- de los símbolos piloto múltiples. De cada antena de transmisión en una unidad transmisora, la unidad receptora recibe símbolos piloto sobre subcanales disjuntos y hace determinaciones de las características de canal de los subcanales disjuntos. Como se discutió anteriormente, la unidad receptora puede tener una o más antenas de recepción. Supóngase x = {xx, i = 1, ..., K} son los valores del símbolo piloto que van a ser transmitidos sobre K subcanales piloto por una sola antena de transmisión. La unidad receptora recibirá los valores de Y13 = h13x? + nlj r donde h13 es la respuesta del canal compleja para el ies?mo subcanal piloto recibida en la jes?ma antena de recepción, y ní es el ruido. De esta relación, la unidad receptora puede determinar estimados ruidosos de la respuesta de canal de K subcanales de una sola antena de transmisión. Esos estimados ruidosos pueden ser utilizados para derivar estimados para todos los subcanales del canal de propagación a través de un número de métodos diferentes, tales como una interpolación simple para una estimación más compleja utilizando información a priori sobre la dispersión de canal y el nivel de ruido. Los estimados pueden ser mejorados transmitiendo símbolos piloto sobre símbolos OFDM_ consecutivos y promediando a continuación los estimados para cada símbolo OFDM consecutivos. Los estimados son generados en cada antena receptora por cada antena de transmisión que transmita símbolos piloto. La CSl para el canal de propagación completo puede ser representada por el conjunto de matrices de respuesta de canal {Hlr i=l, 2, ..., 2n}, donde la matriz ti? está asociada con el ies?mo subcanal, y los elementos de cada matriz Hx son {h?:,k, j =l , . . . , Nr, k=l,...?t}, los valoies de respuesta de canal complejos por cada una de las ?t antenas de transmisión y ?r de recepción. El uso de subconjuntos de subcanales disjuntos puede ser aplicado además en un sistema donde enlaces múltiples, por ejemplo un canal de propagación de una unidad transmisora a una o más unidades receptoras, se localicen muy cerca. En un sistema donde una estación base transmite señales de acuerdo a sectores, el área de transmisión de un sector puede superponerse al área de transmisión de otro sector. En una estación base ideal, las antenas de transmisión en cada sector transmiten señales en una dirección que es completamente disjunta de las direcciones asignadas a las antenas de transmisión de los otros sectores. Desafortunadamente, existen áreas de superposición en ~ la mayoría de las estaciones base sectorizadas . Utilizando esta modalidad de esta invención, todas las antenas de transmisión de una estación base se les asignan subconjuntos disjuntos de subcanales para evitar la interferencia entre sectores de esta estación base. De manera similar, las estaciones base vecinas también pueden ser la causa de interferencia significativa, y pueden ser asignados subconjuntos disjuntos de subcanaíes entre esas estaciones base. En general, el cálculo de la respuesta del canal puede hacerse a cada enlace al que se le asigna un subconjunto de subcanales disjuntos, de la misma manera que es calculada la respuesta para el enlace principal. Sin embargo, puede ser reportada una cantidad reducida de CSl de esos enlaces interfirientes a la unidad transmisora. Por ejemplo, información como el nivel de interferencia total promedio de enlaces vecinos puede ser transmitida y utilizada para determinar la velocidad de datos soportable del enlace principal. Si varios enlaces interfirientes dominan el nivel de interferencia total promedio, entonces la información de interferencia de esos enlaces puede ser reportada individualmente al sistema para determinar un agrupamiento más eficiente de esos canales en cada subconjunto de subcanales disjuntos.

Otra información de CSl que puede ser llevada a la unidad transmisora es la potencia media" total en los subcanales no asignada al enlace principal. La potencia medida total de los subcanales asignada a los enlaces vecinos da un estimado de la potencia de interferencia más ruido total. Si son utilizados varios símbolos OFDM como el símbolo piloto, entonces la respuesta de canal medida promedio y los valores de la señal recibida reales pueden ser utilizados para hacer una estimación directa de ruido total en un subcanal dado. En general, la asignación de subcanales para una red de estaciones base deberá seguir un patrón de "reutilización de frecuencia", donde son utilizados los mismos subcanales únicamente cuando los enlaces están suficientemente separados por una distancia. Si un número grande de enlaces están interfiriendo entre sí, entonces el número de subcanales OFDM puede ser inadecuado para-permitir la asignación de subcanales por cada símbolo OFDM piloto. En esta circunstancia, a las antenas de transmisión se les pueden asignar subcanales por cada P-ésimo símbolo piloto, donde P es un valor entero mayor de uno (1) . En otra modalidad de la invención, el esquema OFDM está diseñado para crear el valor de símbolo OFDM que minimizan o eliminan la interferencia entre las antenas de transmisión que utilizan subcanales idénticos o subcanales distintos. Puede ser utilizado un código ortogonal, tal como la codificación de Walsh, para transformar señales piloto Q en señales ortogonales Q representativas de las señales piloto. En el caso donde sea utilizado el código de Walsh, el número de señales piloto sería una potencia de dos. El uso de códigos ortogonales puede hacerse junto con los subconjuntos de subcanales disjuntos discutidos anteriormente para reducir la interferencia de enlaces vecinos. Por ejemplo, en un sistema MIMO de 4 x 4 con un ancho de banda de sistema de aproximadamente 1 MHz, se asume que son utilizados 256 subcanales OFDM. Si la multitrayectoria es limitada a diez microsegundos, los subcanales disjuntos que contienen símbolos piloto deberán estar separados aproximadamente 50 kHz o menos. Cada subcanal es de aproximadamente 4 kHz de ancho de modo que una separación de doce subcanales es de 48 kHz de ancho. Si los subcanales OFDM son divididos en doce conjuntos de veinte subcanales cada uno, se dejan de usar 16. Son utilizados dos símbolos OFDM consecutivos como una señal piloto, y se emplea la codificación ortogonal sobre esos dos símbolos. En consecuencia, existen veinticuatro diferentes asignaciones piloto ortogonales. Esos veinticuatro pilotos ortogonales son asignados a diferentes antenas de transmisión y enlaces para reducir al mínimo la interferencia. En otra modalidad de la invención, puede ser utilizado un gran número de símbolos OFDM periódicos como datos piloto. El número de símbolos OFDM debe de ser suficientemente grande, de modo que puedan hacerse mediciones exactas de los niveles de interferencia de un gran número de antenas de transmisión diferentes. Esos niveles de interferencia promedio serían utilizados para establecer restricciones amplias en el sistema sobre transmisiones simultáneas de varios sitios, es decir, un esquema de extinción adaptable para permitir a todos los usuarios su funcionamiento casi equivalente. En una modalidad alternativa de la invención, la CSl del canal de propagación MIMO puede ser determinada y transmitida por un sistema MIMO que no utilice símbolos OFDM como señales piloto. En su lugar, puede ser utilizada una Secuencia de Registro de Desviación de Longitud Máxima (secuencia m) para sondear el canal de propagación. Una secuencia m es la salida de un registro de desviación con retroalimentación. Las secuencias m tienen propiedades de autocorrelación deseables, incluyendo la propiedad de que la correlación sobre un periodo completo de la secuencia con cualquier desviación circular diferente de cero produce la secuencia del valor de -1, donde los valores de la secuencia son +/-1. En consecuencia, la correlación a una desviación de cero es R, donde R es la longitud de la secuencia. Para mantener propiedades deseables tales como la correlación en presencia de multitrayectoria, deberá repetirse una porción de la secuencia igual a la dispersión de retraso del canal. Por ejemplo, si se sabe que la multitrayectoria de canal está limitada a algún tiempo tm y la longitud de la - secuencia piloto es de al menos Rtm, entonces es necesario utilizar diferentes desviaciones de R de la misma secuencia con sólo una interferencia mutua mínima. Esas diferentes desviaciones de R son asignadas a diferentes estaciones de transmisión de una estación base y otras estaciones base que son la causa de interferencia mayor. A los enlaces de interferencia del sistema MIMO que están separados distantemente se" les puede asignar diferentes secuencias m. Las propiedades de correlación cruzada de diferentes secuencias m no exhiben las propiedades de correlación mínima de una sola secuencia y sus desviaciones, si no que diferentes secuencias m se comportan más o menos como secuencias aleatorias y proporcionan un nivel de correlación promedio de R donde R es la longitud de secuencia. La correlación promedio es generalmente adecuado para utilizarse en un sistema MIMO, debido a la separación entre los enlaces. Un registro de desviación con retroalimentación genera todas las secuencias m posibles, de modo que las secuencias son meramente versiones desviadas de una sola palabra de código de longitud R = 2m-l, donde m es un valor entero positivo. En consecuencia, existe un número limitado de secuencias m binarias diferentes. Para evitar la reutilización de la misma secuencia m en un área donde pueda resultar una interferencia significativa, pueden ser utilizadas versiones filtradas de secuencias m más largas. Una versión filtrada de una secuencia m no es ya binaria, pero presentará aún las mismas propiedades de correlación básicas. Por ejemplo, supóngase que la secuencia piloto va a ser transmitida a una velocidad de 1 mHz, y que la multitrayectoria es limitada a 10 microsegundos. Asúmase que una estación base tiene tres sectores, donde son asignadas cuatro antenas de transmisión a cada sector para un total de doce antenas de transmisión por sitio. Si se emplea una secuencia m con una longitud de 127, entonces pueden ser asignadas doce desviaciones diferentes de las secuencias a las antenas de una sola estación base, con desviaciones relativas de diez muestras cada una. La longitud total del piloto transmitido es entonces de 137 microsegundos, el cual es un periodo completo de la secuencia más diez muestras adicionales para acomodar la - dispersión de multitrayectoria. Entonces se les puede asignar a diferentes estaciones base diferentes secuencias m, con secuencias m repetidas en un patrón de reutilización de código diseñado para reducir al mínimo los efectos de interferencia de la misma secuencia m. Las modalidades de la invención discutidas aquí han sido dirigidas al diseño y transmisión de señales piloto que permitirán a un experto en la técnica derivar características del canal de propagación y reportar tales características al sitio de transmisión. Sin embargo, la CSl completa es una gran cantidad de información y también altamente redundante. Están disponibles muchos métodos para la comprensión de la cantidad de información CSl a ser transmitida. Un método discutido anteriormente es el uso de la matriz de Hermitian H*H, donde H es la respuesta de canal determinada en la unidad receptora. La matriz de Hermitian H*H puede ser reportada a la unidad transmisora y ser utilizada para preacondicionar transmisiones. Debido a las propiedades de las matrices de Hermitian, únicamente la mitad de los elementos de la matriz necesitan ser transmitidos, de modo que la porción triangular inferior compleja de la matriz H*H, y la diagonal evaluada en forma real. Las eficiencias adicionales se hacen realidad si el número de antena de recepción es mayor que el número de antena de transmisión. Otro método para reducir la cantidad de información transmitida a la unidad transmisora sobre el enlace de regreso es reportar únicamente un subconjunto de matrices de respuesta de canal Hi a la unidad transmisora, de la cual pueden determinarse las matrices de respuesta de canal no reportadas a través de esquemas de interpolación. En otro método, puede derivarse una representación funcional de la respuesta de canal a través de los subcanales por cada para de antena de transmisión/recepción, por ejemplo, puede ser generada una función polinomial representiva de la respuesta de canal. Los coeficientes de la función polinomial son entonces transmitidos a la unidad transmisora. Como una alternativa a esos métodos para la compresión de la información CSl, una modalidad de la invención está dirigida a la transmisión de la representación de dominio de tiempo de la respuesta de canal, la cual es la respuesta de impulso de canal. Si una representación de dominio de tiempo de la respuesta de canal es simple, como en casos donde existen únicamente dos o tres componentes de multitrayectoria, puede efectuarse una FFT inversa sobre un conjunto de respuesta de frecuencias de canal. La operación FFT inversa puede ser efectuada para cada enlace entre un par de antenas de transmisión/recepción. Las respuestas de impulso de canal resultante son entonces traducidas en un conjunto de amplitudes y retrasos que son reportados al transmisor. Como se discutió anteriormente, existe un costo asociado con la transmisión de CSl en el enlace de regreso, el cual se reduce cuando las modalidades anteriores de la invención son implementadas en el sistema MIMO. Otro método para reducir el costo es seleccionar usuarios de acuerdo al promedio de sus requerimientos de CSl a corto plazo. Los requerimientos de CSl cambian cuando el canal se desvanece, de modo que se logra una mejor eficiencia sobre el enlace de regreso si los usuarios estiman la cantidad de CSl requerida, y la información de la estación base en intervalos que pueden ser periódicos o no periódicos, dependiendo de la velocidad de cambio del canal de propagación observada por el usuario. La estación base puede entonces incluir este factor en la programación del uso de los enlaces de ida y regreso. La programación puede ser arreglada de modo que los usuarios asociados con canales de propagación que cambian lentamente se reporten menos frecuentemente que los usuarios asociados con canales de propagación que cambian rápidamente. La estación base puede también arreglar la programación para tomar en cuenta factores tales como el número de usuarios y la claridad del sistema. En otro aspecto de esta modalidad de la invención, puede ser asignado un intervalo de tiempo de modo que la CSl actualizada en un periodo de transmisión prolongado pueda ser ajustada de acuerdo a los cambios reales en el canal de propagación. Los cambios en el canal de propagación pueden ser verificados en el sitio de recepción en una de un número de posibles formas. Por ejemplo, la diferencia entre la decisión flexible sobre los símbolos y el valor de la constelación QAM más próximo puede ser determinada y utilizada como criterio, o también pueden ser utilizados los tamaños relativos de las métricas del decodificador. Cuando la calidad de un criterio dado cae por debajo de un umbral predeterminado, se reporta una actualización a la CSl a la unidad transmisora. El perfil de retraso de potencia de multitrayectoria total de un enlace cambia muy lentamente debido a que la potencia promedio observada en varios retrasos permanece constante, aún cuando pueda ocurrir un desvanecimiento de canal frecuente. En consecuencia, la cantidad CSl requeriaa para caracterizar un enlace puede variar sustancialmente de enlace a enlace. Para optimizar el desempeño, la codificación de la CSl es diseñada de acuerdo a los requerimientos de enlace específicos. Si la CSl es enviada en forma de dominio de frecuencia, es decir, un conjunto de matrices de respuesta de canal que van a ser interpolados, entonces los enlaces con poca multftrayectoria requieren únicamente un pequeño conjunto de matrices de respuesta de canal.

Componentes Estructurales de un Sistema de Comunicación de Alta Eficiencia, y Alto Desempeño La FIGURA 3 es un diagrama de bloques de una modalidad del procesador de datos 112 y el modular 114 de un sistema 110 de la FIGURA ÍA. El flujo de datos de entrada agregado que incluye todos los datos a ser transmitidos por el sistema 110 es proporcionado a un desmultiplexor (DEMUX) 310 dentro del procesador de datos 112. El desmultiplexor 310 desmultiplexa el flujo de datos de entrada en un número de (K) flujos de datos de canal, Si hasta Sk. Cada flujo de datos de canal puede corresponder a, por ejemplo, un canal de señalización, un canal de transmisión, una llamada de voz o una transmisión de datos de tráfico. Cada flujo de datos de canal es proporcionado a un codificador respectivo 312 que codifica los* datos utilizando un esquema de codificación particular. La codificación puede incluir la codificación de corrección de errores o codificación de detección de errores, o ambas, utilizadas para incrementar la confiabilidad del enlace. De manera más específica, puede incluir, por ejemplo, la intercalación, codificación convolucional, turbocodificación, codificación de Trellis, codificación por bloques, (por ejemplo codificaciones de Reed-Solomon) , codificación por verificación de redundancia cíclica (CRC) y otras. La turbocodificación es descrita con mayor detalle en la Solicitud de Patente Estadounidense No. de Serie 09/205,511, presentada en Diciembre 4, 1998 titulado "Intercalador de Turbocódigo que utiliza Secuencias Congruentes Lineales" y en un documento titulado "Presentación Candidata de la cdma2000 ITU-R RTT", aquí posteriormente referida como el estándar IS-2000, ambos de las cuales se incorporan aquí como referencia. La codificación puede ser efectuada sobre una base por canal, es decir, en cada flujo de datos de canal, como se muestra en la FIGURA 3. Sin embargo, la codificación también puede ser efectuada sobre el flujo de datos de entrada agregados, sobre un número de flujos de datos de canal, sobre una porción del flujo de datos de canal, a través de un conjunto de antenas, a través de un conjunto de subcanales, a través de un conjunto de subcanales y antenas, a través de cada subcanal, sobre cada símbolo de modulación, o sobre alguna otra unidad de tiempo, espacio y frecuencia. Los datos codificados de los codificadores 312a hasta 312k son entonces proporcionados a un procesador de datos 320 que procesa los datos para generar símbolos de modulación. En una implementación, el procesador de datos 320 asigna cada flujo de datos de canal a uno o más subcanales, en uno o más intervalos de tiempo y sobre una o más antenas. Por ejemplo, para un flujo de datos de canal correspondiente a una llamada de voz, el procesador de datos 320 puede asignar un subcanal sobre una antena (si no es utilizada la diversidad de transmisión) o múltiples antenas (si es utilizada la diversidad de transmisión) para tantos intervalos de tiempo como sea necesario para esa llamada. Para un flujo de datos de canal correspondiente a un canal de señalización o transmisión, el procesador de datos 320 puede asignar los subcanales asignados sobre una o más antenas, nuevamente dependiendo de si es utilizada la diversidad de transmisión. El procesador de datos 320 asigna entonces les recursos disponibles restantes para flujos de datos de canal correspondientes a transmisiones de datos.

Debido a la naturaleza de ráfaga de las transmisiones de datos y la mayor tolerancia a retrasos, el procesador de datos 320 puede asignar los recursos disponibles de modo que las metas del sistema de alto desempeño y alta eficiencia sean logradas. Las transmisiones de datos son de este modo "programadas" para lograr las metas del sistema. Después de asignar cada flujo de datos de canal a sus intervalos de tiempo, subcanales y antenas respectivos, los datos en el flujo de datos de canal son moduladas utilizando la modulación multiportador. Es utilizada la modulación OFDM para proporcionar numerosas ventajas. En una implementación de la modulación OFDM, los datos en cada flujo de datos de canal son agrupados en bloques, con cada bloque teniendo un número particular de bits de datos. Los bits de datos en cada bloque son entonces asignados a uno o más subcanales asociados en el flujo de datos de canal . Los bits en cada bloque son entonces desmultiplexados en subcanales separados, con cada uno de los subcanales transportando un número potencialmente diferente de bits (es decir, sobre la base de la C/I del subcanal y de si es empleado el procesamiento MIMO) . Para cada uno de esos subcanales, los bits son agrupados en símbolos de modulación utilizando el esquema de modulación particular (por ejemplo, M-PSK o M-QAM) asociado con ese subcanal. Por ejemplo, con 16-QAM, la constelación de señales está compuesta de 16 puntos en un plano complejo (es decir, a + j*b), con cada punto en el plano complejo conteniendo 4 bits de información. En el modo de procesamiento MIMO, cada símbolo de modulación en el subcanal representa una combinación lineal de símbolos de modulación, cada uno de los cuales puede ser seleccionado de una constelación diferente. La colección de L símbolos de modulación de un vector de símbolos de modulación V de dimensionalidad L. Cada elemento del vector de símbolos de modulación debe estar asociado con un subcanal específico que tiene frecuencia o tono único sobre el cual son transportados los símbolos de modulación. La conexión de esos L símbolos de modulación es todo ortogonal entre sí. En cada intervalo de tiempo y por cada antena, los L símbolos de modulación correspondientes a los L subcanales son combinados en un símbolo OFDM utilizando una transformación de sonido rápida inversa (IFFT) . Cada símbolo o OFDM incluye datos de los flujos de datos de canal asignados a los L subcanales. La modulación OFDM es descrita con mayor detalle en el artículo titulado "Modulación Multiportador para Transmisión de Datos": Una Idea Cuyo Tiempo ha Llegado" por John A.C. Bingham, IEEE Comunications Magazine, Mayo 1990, la cual se incorpora aquí como referencia. El procesador de datos 320 de este modo recibe y procesa los datos correspondientes a K flujos de datos de canal para proporcionar los vectores de símbolos de modulación Nt, Vi hasta VNT, un vector de símbolos de modulación por cada antena de transmisión. En algunas implementaciones, algunos de los vectores de símbolos de modulación pueden tener información implicada con los subcanales específicos y se pretende sirvan para diferentes antenas de transmisión. Los vectores de símbolos de modulación Vi hasta VNT son proporcionados a los moduladores 114a hasta 114t, respectivamente. En la FIGURA 3, cada modulador 114 incluye una IFFT 330, generador de prefijos de ciclo 332, y un convertidor ascendente 334. La IFFT 330 convierte los vectores de símbolos de modulación recibidos en su representación de aominio de tiempo llamadas símbolos OFDM. La IFFT 330 puede ser diseñada para efectuar la IFFT sobre cualquier número de subcanales (por ejemplo 8, 16, 32 y así sucesivamente) . Alternativamente, para cada vector de símbolos de modulación convertido a un símbolo OFDM, el generador de prefijo de ciclo 332 repite una porción de la representación del dominio de tiempo del símbolo OFDM para formar el símbolo de transmisión para la antena específica. El prefijo cíclico asegura que el símbolo de transmisión retenga sus propiedades ortogonales en presencia de dispersión de retraso de trayectoria múltiple, mejorando por lo tanto el desempeño contra efectos de trayectoria dañinos, como se describe más adelante. La implementación de la IFFT 330 y el generador de prefijo cíclico 332 es conocida en la técnica y no se describe con detalle aquí. Las representaciones del dominio de tiempo para cada generador de prefijo de ciclo 332 (es decir, los símbolos de transmisión para cada antena) son entonces procesadas por el convertidor ascendente 332, convertidas en una señal analógica, moduladas a una frecuencia de RF y acondicionadas, (por ejemplo, amplificadas y filtradas) para generar una señal modulada por FP que es entonces transmitida desde la antena respectiva 116. La FIGURA 3 también muestra un diagrama de bloques de una modalidad del procesador de datos 320. Los datos codificados por cada flujo de datos de canal (es decir, el flujo de datos codificado, X) es proporcionado a un procesador de datos de canal respectivo 332. Si el flujo del canal de datos va a ser transmitido sobre múltiples subcanales y/o múltiples antenas (sin aplicación sobre al menos algunas de las transmisiones), el procesador de datos de canal 332 desmultiplexa el flujo de datos de canal en un número de (hasta L»NT) subflujo de datos. Cada subflujo de datos corresponde a una transmisión sobre un subcanal particular en una antena particular. En implementaciones típicas, el número de subflujos de datos es menor de L*NT puesto que algunos de los subcanalea son utilizados para datos de señalización, voz y otros tipos de datos. Los subflujos de datos son entonces procesados para generar los subflujos correspondientes para cada uno de los subcanales asignados que son entonces proporcionados a los combinadores 334. Los combinadores 334 combinan los símbolos de modulación designados por cada antena en vectores de símbolos de modulación que son entonces proporcionados como un flujo de vectores de símbolos de modulación. Los Nt flujos de vectores de símbolos de modulación para las Nt antenas son entonces proporcionados a los bloques de procesamiento posteriores (es decir, los moduladores 114). En un diseño que proporciona la mayor flexibilidad, mejor desempeño y más alta eficiencia, el símbolo de modulación a ser transmitido en cada intervalo de tiempo, sobre cada subcanal, puede ser seleccionado individual e independientemente. Esta característica permite el mejor uso de los recursos disponibles sobre las tres dimensiones, tiempo, frecuencia y espacio. El número de bits de datos transmitidos por cada símbolo de modulación puede de este modo diferir. La FIGURA 4A es un diagrama de bloques de una modalidad de un procesador de datos de canal 400 que pude ser utilizado para procesar un flujo de datos de canal. El procesador de datos de canal 400 puede ser utilizado para implementar un procesador de datos de canal 332 en la Figura 3. La transmisión de un flujo de datos de canal puede ocurrir sobre subcanales múltiples (por ejemplo, como para los datos 1 en la FIGURA 2) y también puede ocurrir desde antenas múltiples. La transmisión sobre cada subcanal y de cada antena puede representar datos no duplicados. Dentro del procesador de datos de canal 400, un desmultiplexor 420 recibe y desmultiplexa el flujo de datos codificado, Xl r en un número de flujo de datos de subcanal, X1(1 hasta X1/M, un flujo de datos de subcanal por cada subcanal que esté siendo utilizado para transmitir datos. La desmultiplexión de datos puede ser uniforme o no uniforme. Por ejemplo, si se conoce alguna información acerca de las trayectorias de información (es decir, que se conocen la CSl completa o CSl parcial) , el desmultiplexor 420 puede dirigir más bits de datos a los subcanales capaces de transmitir más pbs/Hz. Sin embargo, si no se conoce la CSl, el desmultiplexor 420 puede dirigir uniformemente un número aproximadamente igual de bits a cada uno de los subcanales asignados. Cada flujo de datos de subcanal es entonces proporcionado a un procesador de división espacial respectivo 430. Cada procesador de división espacial 430 puede desmultiplexar además un flujo de datos de subcanal recibido en un número de (hasta Nt) subflujos de datos, un subflujo de datos por cada antena utilizada para transmitir los datos. De este modo, después del desmultiplexor 420 y el procesador de división espacial 430, el flujo de datos codificado Xi puede ser multiplexado en hasta L*NT subflujo de datos a ser transmitidos sobre hasta L subcanales de hasta Nt antenas . En cualquier intervalo de tiempo particular, pueden ser generados hasta Nt símbolos de modulación por cada procesador de división espacial 430 y proporcionados a Nt combinadores 400a hasta 440t. Por ejemplo, el procesador de división espacial 430a asignado al subcanal 1 puede proporcionar hasta Nt símbolos de modulación para el subcanal 1 de antenas 1 hasta Nt. De manera similar, el procesador de división espacial 430k asignado al subcanal K puede proporcionar hasta Nt símbolos por cada subcanal K de antenas 1 hasta Nt. Cada combinador 440 recibe los símbolos de modulación para los L subcanales, combina los símbolos de cada intervalo de tiempo en un vector de símbolos de modulación, y proporciona los vectores de símbolo de modulación como un flujo de vectores de símbolos de modulación, V, a la siguiente etapa de procesamiento (por ejemplo, modulador 114). El procesador de datos de canal 400 también puede ser diseñado para proporcionar el procesamiento necesario para implementar los modos de procesamiento de CSl total o CSl parcial descritos anteriormente. El procesamiento de CSl puede ser efectuado sobre la base de la información de CSl disponible y sobre los flujos de datos de canal, subcanales, antenas, etc., seleccionados. El procesamiento CSl también puede ser activado y desactivado selectiva y dinámicamente. Por ejemplo, el procesamiento CSl puede ser activado para una transmisión particular y desactivado para otras transmisiones. El procesamiento CSl puede ser activado bajo ciertas condiciones, por ejemplo, cuando el enlace de transmisión tiene una C/I adecuada. El procesador de datos de canal 400 en la FIGURA 4A proporciona un alto nivel de flexibilidad. Sin embargo, tal flexibilidad típicamente no es necesaria para todos los flujos de datos de canal. Por ejemplo, los datos para una llamada de voz son típicamente transmitidos sobre un subcanal durante la duración de la llamada, o hasta un tiempo tal que sea- reasignado en su canal. El diseño de procesador de datos de canal puede ser simplificado en gran medida para esos flujos de datos de canal. La FIGURA 4B es un diagrama de bloques del procesamiento que puede ser empleado para un flujo de datos de canal tal como datos aéreos, datos de señalización, voz o tráfico. Puede ser utilizado un procesador de división espacial 450 para implementar un procesador de datos de canal 332 en la FIGURA 3 y puede ser utilizado para soportar un flujo de datos de canal tal como, por ejemplo, una llamada de voz. Una llamada de voz es típicamente asignada a un subcanal con múltiples intervalos de tiempo (por ejemplo, voz 1 en la Figura 2) y puede ser transmitida desde antenas múltiples. El flujo de datos codificado, Xj, es proporcionado al procesador de división espacial 450 que agrupa los datos en bloques, con cada bloque tener un número particular de bits que son utilizados para generar un símbolo de modulación. Los símbolos de modulación del procesador de división espacial 450 son entonces proporcionados a uno más combinadores 440 asociados con una o más antenas utilizadas para transmitir un flujo de datos de canal.

Se describe una implementación específica de una .unidad transmisora capaz de generar "la señal de transmisión mostrada en la FIGURA 2 para una mejor compresión de la invención. En el intervalo de tiempo 2 en la FIGURA 2, los datos de control son transmitidos sobre el subcanal 1, los datos de transmisión son transmitidos sobre el subcanal 2, las llamadas de voz 1 y 2 son asignadas a los subcanales de voz 3 y 4, respectivamente, y los datos de tráfico son transmitidos sobre los subcanales 5 hasta 16. En este ejemplo, se asume que la unidad transmisora incluye cuatro antenas de transmisión (es decir, Nt=4) y que. son generadas cuatro señales de transmisión (es decir, cuatro señales moduladas por FR) por las cuatro antenas. La FIGURA 5A es un diagrama de bloques de una porción de las unidades de procesamiento que pueden ser utilizadas para generar la señal de transmisión para el intervalo de tiempo 2 en la FIGURA 2. El flujo de datos de entrada es proporcionado a un desmultiplexor (DEMUX) 510 que desmultiplexa el flujo en cinco flujos de datos de canal, Si hasta S5, correspondientes al control, transmisión, voz 1, voz 2 y datos 1 en la FIGURA 2. Cada flujo de datos de canal es proporcionado a un codificador respectivo 512 que codifica los datos utilizando un esquema de codificación seleccionado para ese flujo.

En este ejemplo, los flujos de datos de canal Si ha"sta S3 son transmitidos utilizando la diversidad de transmisión. De este modo, cada una de los flujos descodificados Xx hasta X3 es proporcionado a un procesador de datos de canal respectivo 532 que genera los símbolos de modulación para ese flujo. Los símbolos de modulación de cada uno de los procesadores de datos de canal 532a hasta 532e son entonces proporcionados a los 4 combinadores 540a hasta 540d. Cada combinador 540 recibe los símbolos de modulación de todos los 16 subcanales designados para la antena asociada con el combinador, combina los símbolos sobre cada subcanal en cada intervalo de tiempo para generar un vector de símbolos de modulación, y proporciona los vectores de símbolos de modulación como un flujo de vectores de símbolos de modulación, V, a un modulador asociado 114. Como se indica en la Figura 5A, el flujo de datos de canal Si es transmitido sobre el subcanal 1 desde las cuatro antenas, los flujos de datos de canal S2 son transmitidos sobre el subcanal 2 desde las cuatro antenas, y el flujo de datos de canal S3 es transmitido sobre el subcanal 3 desde las cuatro antenas. La FIGURA 5B es un diagrama de bloques de una porción de las unidades de procesamiento utilizadas para procesar los datos codificados para el flujo de datos de canal S4. En este ejemplo, el flujo de datos de canal S4 es transmitido utilizando la diversidad espacial (y no la diversidad de transmisión como se utilizó para los flujos de datos de canal Si hasta S3) . Con la diversidad espacial, los datos son desmultiplexados y transmitidos (concurrentemente en cada uno de los canales asignados o sobre diferentes intervalos de tiempo) sobre antenas múltiples. El flujo de datos codificado X4 es proporcionado a un procesador- de datos de canal 532d que genera los símbolos de modulación para ese flujo. Los símbolos de modulación en este caso son combinaciones lineales de símbolos de modulación seleccionados de alfabetos de símbolos que corresponden a cada uno de los modos propios del canal. En este ejemplo, existen cuatro modos propios distintos, cada uno de los cuales es capaz de transportar una cantidad suficiente de información. Como un ejemplo, supóngase que el modo propio 1 tiene una C/I que permite que sean transmitidos de manera confiable 64-QAM (6 bits), el modo propio 2 permite 16-QAM (4 bits), el modo propio 3 permite QPSK (2 bits) y que el modo propio 4 permita que sea utilizado BPSK (1 bit). De este modo, la combinación de los cuatro modos propios permite sea transmitido un total de 13 bits de información simultáneamente como un símbolo de modulación efectivo en las cuatro antenas en el mismo subcanal. El símbolo de modulación efectivo para el subcanal asignado en cada antena es una combinación lineal de los símbolos individuales asociados con cada modo propio, de acuerdo a lo descrito por la multiplicación matricional dada en la ecuación (1) anteriormente. La FIGURA 5C es un diagrama de bloques de una porción de las unidades de procesamiento utilizadas para procesar el flujo de datos de canal S5. El flujo de datos codificado X5 es proporcionado a un desmultiplexor (DEMUX) 530 que desmultiplexa el flujo X5 en doce flujos de datos de subcanal Xs,n hasta un flujo de datos de subcanal por cada uno de los subcanales asignados 5 hasta 16. Cada flujo de datos de subcanal es entonces proporcionado a un procesador de datos de canal respectivo 536 que genera los símbolos de modulación para el flujo de datos de subcanal asociado. El flujo de símbolos de subcanal de los procesadores de datos de subcanal 536a hasta 5361 son entonces proporcionados a los desmultiplexores 538 hasta 5381, respectivamente. Cada desmultiplexor 538 desmultiplexa el flujo de símbolo de subcanal recibido en cuatro subflujos de símbolos, con cada subflujo de símbolos correspondiendo a un subcanal particular en una antena particular. Los cuatro subflujos de símbolos de cada desmultiplexor 538 son entonces proporcionados a los cuatro combinadores 540a hasta 540d.

En la FIGURA 5C, un flujo de datos de subcanal es procesado para generar un flujo de símbolos de subcanal que es entonces desmultiplexado en cuatro subflujos de símbolos, un subflujo de símbolos por cada subcanal particular de cada antena. Esta implementación no es diferente a la descrita en la FIGURA 4A. En la FIGURA 4A, el flujo de datos de subcanal designado para un subcanal particular es desmultiplexado en un número de subflujo de datos, un subflujo de datos por cada antena, y entonces procesado para generar los subflujos de símbolos correspondientes. La desmultiplexión en la FIGURA 5C es efectuada después de la desmodulación de símbolos mientras que la desmultiplexión en la FIGURA 4A es efectuada antes de la modulación de símbolos. También pueden ser utilizadas otras implementaciones que están dentro del alcance de la presente invención. Cada combinación de procesador de datos del subcanal 536 y del desmultiplexor 538 en la FIGURA 5C funciona de manera similar a la combinación del procesador de datos del subcanal 532d y el desmultiplexor 534d en la FIGURA 5B. La velocidad de cada subflujo de símbolos de cada desmultiplexor 538 es, en promedio un cuarto de la velocidad de flujo de símbolos del procesador de datos de canal asociados 536.

La FIGURA- 6 es un diagrama de bloques de una modalidad de una unidad receptora 600, que tiene antena de recepción, las cuales pueden ser utilizadas para recibir uno o más flujos de datos de canal. Una o más de las señales transmitidas de una o más antenas de transmisión puede ser recibida por cada una de las antenas 610a hasta 610r y en caminadas a un procesador del extremo de entrada respectivo 712. Por ejemplo, la antena de recepción 610a puede recibir un número de señales transmitidas de un número de antenas de transmisión, y la antena de recepción 610r puede igualmente recibir múltiples señales transmitidas. Cada procesador del extremo de entrada 612 condiciona (por ejemplo, filtra y amplifica) la señal recibida, convierte de manera descendente la señal acondicionada a una secuencia o banda base intermedia, y muestrea y cuantiza la señal convertida de manera descendente. Cada procesador del extremo de entrada 612 típicamente desmodula además las muestras asociadas con la antena específica con el piloto recibido para generar muestras "coherentes" que son entonces proporcionadas a un procesador de FFT respectivo 614, uno por cada antena de recepción. Cada procesador de FFT 614 genera representaciones transformadas de las muestras recibidas 7í y proporciona un flujo respectivo de vectores de símbolo de. modulación. Los vectores de símbolos de modulación de los procesadores FFT 614a hasta -614r son entonces proporcionados al desmultiplexor y los combinadores 620, los cuales canalizan el flujo de vectores de símbolos de modulación de cada procesador de FFT 614 en un número de flujos de símbolos de subcanal (hasta L) . Los flujos de símbolos de subcanal de todos los procesadores de FFT 614 son procesados, sobie la base en comunicaciones (por ejemplo, diversidad o MIMO) utilizado, antes de la desmodulación y decodificación. Para un flujo de dato.s de canal transmitido utilizando un modo de comunicaciones de diversidad, los flujos de símbolo de subcanal de todas las antenas utilizadas para la transmisión del flujo de datos de canal son presentados a un combinador que combina la información redundante a través del tiempo, espacio y frecuencia. El flujo de símbolos de modulación combinado son entonces proporcionados a un procesador de canal (diversidad) 630 y desmodulados en consecuencia. Para un flujo de datos de canal transmitido utilizando un modo de comunicaciones MIMO, todos los flujos de símbolo de subcanal utilizados para la transmisión del flujo de datos de canal son presentados a un procesador MIMO que ortogonaliza los símbolos de modulación recibidos en cada subcanal en distintos modos propios. El procesador MIMO efectúa el "procesamiento descrito por la ecuación (2) anteriormente y genera un número de subflujos de símbolos independientes correspondientes al número de modos propios utilizados en la unidad transmisora. Por ejemplo, el procesador MIMO puede " efectuar la multiplicación de los símbolos de modulación recibidos con .los vectores propios dejados para generar los símbolos de modulación postacondicionados, los cuales corresponden a Ios- símbolos de modulación antes del procesador de CSl completa en la unidad transmisora. Los subflujos de símbolos (postacondicionados) son entonces proporcionados a un procesador de canal (MIMO) 630 y desmodulados en consecuencia. De este modo, cada procesador de canal 630 es un flujo de símbolos de modulación (por el modo de comunicaciones de diversidad) o un número de subflujos de símbolos (para el modo de comunicaciones MIMO) . Cada flujo o subflujo de símbolos de modulación es entonces proporcionado a un desmodulador respectivo (DEMOD) que -implementa un esquema de desmodulación (Por ejemplo, M-PSK, M-QAM, u otros) que es complementario al esquema de modulación utilizado en la unidad transmisora del subcanal que está siendo procesado. Para el modo de comunicaciones MIMO, los datos desmodulados de todos los desmoduladores asignados pueden entonces ser des.codificados independientemente o multiplexados en un flujo de datos de canal y entonces desc dificados, dependiendo del método de codificación y -modulación empleado en la unidad transmisora. Ambos modos de comunicaciones de diversidad del mismo, el flujo de datos de canal del procesador de canal 630 puede entonces ser proporcionado a un descodificador respectivo 640 que implemente un esquema de decodificación complementario al usado en la unidad transmisora por el flujo de datos del canal. Los datos descodificados de cada descodificador 540 representan un estimado de los datos transmitidos para ese flujo de datos de canal. La FIGURA 6 representa una modalidad de una unidad de datos receptora. Pueden contemplarse otros diseños y están dentro del alcance de la presente invención. Por ejemplo, una unidad receptora puede ser diseñada con únicamente una antena de recepción, o puede ser diseñada de modo que sea capaz de procesamiento simultáneo de múltiples flujos de datos de canal (por ejemplo, voz, datos). Como se hizo notar anteriormente, la modulación multiportadora es utilizada en el sistema de comunicaciones de la invención. En particular, puede ser empleada la modulación OFDM para proporcionar un número de beneficios incluyendo mejor desempeño de trayectorias múltiples, reducción en la complejidad de la implementación (en un sentido relativo, para el modo de operación MIMO) , y flexibilidad. Sin embargo, también pueden ser utilizadas otras variantes de la modulación multiportador y estar dentro del alcance de la presente invención. La modulación OFDM puede mejorar el desempeño del sistema debido a dispersión del retraso multitrayectoria o retraso de trayectoria diferencial introducido por el ambiente de propagación desde la antena de transmisión y antena receptora. El enlace de comunicaciones (es decir, el canal de RF) tiene una dispersión de retraso que puede ser potencialmente mayor que el recíproco del ancho de banda de operación del sistema, W. Debido a esto, un sistema de comunicaciones que emplea un sistema de modulación que tiene una duración de signos de transmisión menor que la dispersión de retraso experimentará interferencia entre símbolos (ISI) . La ISI distorsiona los símbolos recibidos e incrementa la probabilidad de detección incorrecta. Con la modulación OFDM, el canal de transmisión (o ancho de banda de operación) es dividido esencialmente en un número (grande) de subcanales (o subbandas) paralelos que son utilizados para comunicar los datos.

Debido a que cada uno de los subcanales tiene ancho de banda que es típicamente mucho menor que el ancho de banda de- coherencia del enlace de comunicaciones, la" ISI debido a la dispersión del retraso en el enlace -es reducida significativamente o -eliminada utilizando la modulación OFDM. En contraste, los esquemas de modulación más convencionales (por ejemplo QPSK) son sensibles a la ISI a menos que la velocidad de símbolo de transmisión sea pequeña en comparación con la dispersión del retrasó del enlace de- comunicaciones. Como se hizo notar anteriormente, el prefijo cíclico puede ser utilizado para combatir los efectos dañinos de la multitrayectoria. Un prefijo cíclico es una porción de un símbolo OFDM (usualmente una porción frontal, después de la IFFT) que se enrolla alrededor de la parte posterior del símbolo. El prefijo cíclico es utilizado para retener la ortogonalidad del símbolo OFDM,. la cual es típicamente destruida por la multitrayectoria . Como un ejemplo, considérese un sistema decomunicaciones en el cual la dispersión del retraso de canal es menor de 10 µseg. Cada símbolo OFDM tiene anexo a éste un prefijo cíclico que asegura que el símbolo total retenga sus propiedades ortogonales en presencia de dispersión de retraso multitrayectoria. Puesto que el prefijo cíclico no contiene información adicional, está esencialmente sobrecargado. Para mantener una buena eficiencia, la duración del prefijo cíclico, se selecciona de modo que sea una fracción pequeña de la duración del símbolo de transmisión total. Para el ejemplo anterior, utilizando una sobrecarga del 5% para tomar en cuenta el prefijo cíclico, una duración de símbolo de transmisión de 200 µseg., es adecuada para una dispersión de retraso de canal máxima de 10 µseg. La duración del símbolo de transmisión de 200 µseg., corresponde a un ancho de banda de 5 kHz por cada una de las subbandas. Si el ancho de banda total del sistema es de 1.2288 MHz, pueden ser proporcionados 250 subcanales de aproximadamente 5 kHz. En la práctica, es conveniente que el número de subcanales sea de una potencia de dos. De este modo, si la duración del símbolo de transmisión se incrementa a 205 µseg., y el ancho de banda del sistema es dividido en M = 256 subbandas, cada subcanal tendrá un ancho de banda de 4.88 kHz. En ciertas modalidades de la invención, la modulación OFDM puede reducir la complejidad del sistema. Cuando el sistema de comunicaciones incorpora la tecnología MIMO, la complejidad asociada con la unidad receptora puede ser significativa, particularmente cuando está presente la multitrayectoria. El uso de la modulación OFDM permite que cada uno de los subcanales sea .tratado de manera independiente por el procesamiento MIMO empleado. De este modo, la modulación ÓFDM puede simplificar significativamente el procesamiento de señales a la unidad receptora cuando sea utilizada la tecnología MIMO. La modulación OFDM también puede dar mayor flexibilidad para compartir el ancho de banda del sistema, W, entre múltiples usuarios. Específicamente, el espacio de transmisión disponible para los símbolos OFDM puede ser compartido entre un grupo de usuarios. Por ejemplo, a los usuarios de voz de baja velocidad, se les puede asignar un subcanal o una fracción de un subcanal en el símbolo OFDM, mientras que los subcanales restantes pueden ser asignados a usuarios de datos sobre la base de demanda agregada. Además, los datos de sobrecarga, transmisión y control pueden ser transportados en algunos de los subcanales disponibles (posiblemente) en una porción de un subcanal. Como se describió anteriormente, cada subcanal en cada intervalo de tiempo está asociado con un símbolo de modulación que es seleccionado de algún alfabeto tal como el M-PSK o M-QAM. En ciertas modalidades, el símbolo de modulación en cada de los L subcanales puede ser seleccionado de modo que se haga el uso más eficiente de ese subcanal. Por ejemplo, el subcanal 1 puede ser generado utilizando QPSK, el subcanal 2 puede ser generado utilizando BPSK, el subcanal 3 puede ser generado utilizando 16-QAM, y así sucesivamente. De este modo, por cada intervalo de tiempo, son generados hasta L símbolos de modulación por los L subcanales y combinados para generar el vector de símbolos de modulación para ese intervalo de tiempo. Uno o más subcanales pueden ser asignados a uno o más usuarios. Por ejemplo, a cada usuario de voz se le puede asignar un solo subcanal. Los subcanales restantes pueden ser asignados dinámicamente a usuarios de datos. En este caso, los subcanales restantes pueden ser asignados a un solo usuario de datos o divididos entre múltiples usuarios de datos. Además, algunos subcanales pueden ser reservados para transmitir datos de sobrecarga, transmisión y control. En ciertas modalidades de la invención, puede ser deseable cambiar la asignación de subcanal de símbolo a símbolo de modulación (posiblemente) en una forma pseudoaleatoria para incrementar la diversidad y proporcionar algún promedio de interferencia. En un sistema CDMA, la potencia de transmisión en cada transmisión del enlace de regreso es controlada de modo que se logre el porcentaje de errores de cuadro (FER) requerido en la estación base a la potencia de transmisión mínima, reduciendo al mínimo por lo tanto la interferencia con otros usuarios en el sistema. En el enlace de ida del sistema CDMA, la potencia de transmisión también es ajustada para incrementar la capacidad del sistema. En el sistema de comunicaciones de la invención, la potencia de transmisión sobre los enlaces de ida y regreso puede ser controlada para reducir al mínimo la interferencia y maximizar la capacidad del sistema. El control de potencia puede ser logrado de varias formas. Por ejemplo, el control de potencia puede ser efectuado sobre cada flujo de datos de canal, sobre cada subcanal, sobre cada antena, o sobre alguna otra unidad de medición. Cuando opera en el modo de comunicaciones de diversidad, si la pérdida de trayectoria de una antena particular es grande, la transmisión de esta antena puede ser reducida o mutar, puesto que poco puede ser ganado en la unidad receptora. De manera similar, si ocurre una transmisión sobre subcanales múltiples, puede ser transmitida menos potencia sobre los subcanales, experimentando la mayoría de la pérdida de trayectoria. En una implementación, el control de potencia puede ser logrado con un mecanismo de retroalimentación ¡7 similar al que es usado en el sistema CDMA. La información de control de potencia puede ser enviada periódicamente o de manera autónoma desde la unidad receptora a la unidad transmisora para dirigir la unidad transmisora para incrementar o hacer disminuir su potencia de transmisión. Los bits de control de potencia pueden ser generados sobre la base de, por ejemplo, el BER o FER en la unidad receptora. La FIGURA 7 muestra gráficas que ilustran la eficiencia espectral asociada con algunos de los modos de comunicaciones del sistema de comunicaciones de la invención. En la FIGURA 7, el número de bits por símbolo de modulación para un porcentaje de error de bits dado está dado con una función de C/I para un número de configuraciones de sistema. La notación NtxNR denota la dimensionalidad de la configuración, con Nt = número de antenas de transmisión y NR = número de antenas de recepción. Son simuladas dos configuraciones de diversidad, a saber 1x2 y 1x4, y cuatro configuraciones MIMO a saber 2x2, 2x4, 4x4, y 8x4, y los resultados se proporcionan en la FIGURA 7. Como se muestra en las gráficas, el número de bits por símbolo para un BER dado fluctúa de menos de 1 bps/Hz hasta casi 20 bps/Hz. A valores bajos de C/I, la eficiencia espectral del modo de comunicaciones de diversidad y el~ modo de comunicaciones MIMO son similares, y la mejora en la eficiencia es menos notable. Sin embargo, a valores más altos de C/I, el incremento en deficiencia espectral con el uso del modo de comunicaciones MIMO se vuelve más dramático. En ciertas configuraciones MIMO y para ciertas condiciones, la mejora instantánea puede alcanzar hasta 20 veces. De esas gráficas, puede observarse que la eficiencia espectral generalmente se incrementa cuando el número de antenas de transmisión y recepción se incrementa. La mejora también generalmente está limitada al menor de Nt y NR. Por ejemplo, las configuraciones de diversidad, 1x2 y 1x4, ambas alcanzan asintóticamente de manera aproximadamente 6 bps/Hz. En el examen de las diferentes velocidades de datos logrables, los valores de eficiencia espectral dados en la FIGURA 7 pueden ser aplicados a los resultados sobre una base de subcanal para obtener el intervalo de posibles velocidades de datos para el subcanal. Como un ejemplo, para una unidad de abonado que opera a una C/I de 5 dB, la eficiencia espectral lograble por esta unidad de abonado es de 1 bps/Hz y 2.25 bps/Hz, dependiendo del modo de comunicaciones empleado. De este modo, en un subcanal de 5 kHz, esta unidad de abonado puede sostener una velocidad de datos pico en el intervalo de 5 kbps a 10.5 kbps. Si la C/I es de 10 dB, la misma unidad de abonado puede sostener velocidades de datos pico en el intervalo de 10.5 kbps a 25 kbps por subcanal. Con 256 subcanales disponibles, la velocidad de datos sostenida pico por una unidad de abonado que ópera a 10 dB C/I es entonces de 6.4 Mbps. De este modo, dados los requerimientos de velocidad de datos de la unidad de abonado y la C/I de operación para la unidad de abonado, el sistema puede asignar " el número necesario de subcanales para satisfacer los requerimientos. En el caso de los servicios de datos, el número de subcanales asignado por intervalo de tiempo puede variar dependiendo, por ejemplo de otra carga de tráfico. El enlace de regreso del sistema de comunicaciones puede ser diseñado similar en estructura de enlace de regreso. Sin embargo, el lugar de los canales de transmisión y control común, pueden existir canales de acceso aleatorios definidos en subcanales específicos o en posiciones de símbolos de modulación específicos del cuadro, o ambos. Esos pueden ser utilizados por algunas o todas las unidades de abonado para enviar peticiones cortas (por ejemplo, registro, petición de recursos y así sucesivamente) a la estación central. En los canales de acceso comunes, las unidades de abonado pueden emplear la modulación y codificación comunes. Los canales restantes pueden ser asignados a usuarios separados como en el enlace de ida. En una modalidad, la asignación y desasignación de recursos (en ambos enlaces de ida y regreso) son controladas por el sistema y comunicadas sobre el canal de control en el enlace de ida. Una consideración de diseño para el enlace de regreso es el retraso de propagación diferencial máxima entre la unidad de abonado más cercana y la unidad de abonado más lejana. En sistemas donde este retraso relativamente pequeño a la duración del prefijo cíclico, puede no ser necesario efectuar la corrección en la unidad transmisora. Sin embargo, el sistema en los cuales el retraso es significativo, el prefijo cíclico puede extenderse para considerar el incremento del retraso. En algunos casos, puede ser posible hacer una estimación razonable del retraso de ida y vuelta y corregir el tiempo de transmisión, de modo que el símbolo arribe a la estación central en el instante correcto. Usualmente existe algún error residual, de modo que el prefij'o cíclico también puede extenderse aún más para acomodar este error residual. En el sistema de comunicaciones, algunas unidades de abonado en el área de cobertura pueden ser capaces de recibir señales de más de una estación central. Si la información transmitida por estaciones centrales múltiples es redundante sobre dos o más subcanales y/o de dos o más antenas, las señales recibidas pueden ser combinadas y desmoduladas por la unidad de abonado utilizando el esquema de combinación de diversidad. Si el prefijo cíclico empleado es suficiente para manejar el aparato de propagación diferencial entre el primer y último arreglo, las señales pueden ser combinadas (de manera óptima) en el receptor y desmoduladas correctamente. Esta recepción de diversidad es bien conocida en aplicaciones de transmisión OFDM. Cuando los subcanal.es son asignados a unidades de abonados específicas, es posible que la misma información sobre un subcanal específico sea transmitida desde un número de estaciones centrales a una unidad de abonado específica. Este concepto es similar a la transferencia imperceptible utilizada en sistemas CDMA. Como se mostró anteriormente, la unidad transmisora y la unidad receptora son cada una implementadas con varias unidades de procesamiento que incluyen varios tipos de procesadores de datos, codificadores, IFFT, FFT, desmultiplexores, combinadores y así sucesivamente. Esas unidades de procesamiento pueden ser implementada de varias maneras tales como un circuito integrado específico de una aplicación (ASIC) , un procesador de señales digitales, un microcontrolador, un microprocesador, u otros circuitos electrónicos diseñados para efectuar las funciones descritas aquí. También, las unidades de procesamiento pueden ser implementadas con un procesador para propósitos generales o un procesador diseñado especialmente operado para ejecutar códigos de instrucción que logran las funciones descritas aquí. De este modo, las unidades de procesamiento descritas aquí pueden ser implementadas utilizando componentes físicos de computación, programas y sistemas de programación, o combinaciones de los mismos. La descripción anterior de las modalidades preferidas se proporcionó para permitir a cualquier experto en la técnica hacer o utilizar la presente invención. Varias modificaciones a esas modalidades serán fácilmente evidentes a aquellos expertos en la técnica, y los principios genéricos definidos ahí pueden ser aplicados a otras modalidades sin el uso de una facultad inventiva. De este modo, la presente invención no pretende ser limitada a las modalidades mostradas aquí si no de acuerdo al más amplio alcance consistente con los principios y características novedosas descritas aquí. Se hace constar que con relación a esta fecha, el mejor método conocido por la solicitante para llevar a la práctica la citada invención, es el que resulta claro de la presente descripción de la invención.

Claims

- REIVINDICACIONES Habiéndose descrito la invención" como antecede se reclama como propiedad lo contenido- en las siguientes reivindicaciones . 1. Un método para medir y reportar características de transmisión de un canal de propagación en un sistema de propagación de entrada múltiple/salida múltiple caracterizado porque comprende los pasos de: generar una pluralidad de señales piloto; _ transmitir la pluralidad se señales piloto sobre un canal de propagación entre una unidad transmisora y una pluralidad de unidades receptoras, donde la unidad transmisora comprende al menos una antena de transmisión, cada una de la pluralidad de unidades receptoras comprende al menos una antena de recepción, y el canal de propagación comprende una pluralidad de subcanales entre la unidad transmisora y la pluralidad de unidades receptoras; recibir al menos una de la pluralidad de señales piloto en cada una de la pluralidad de unidades receptoras; determinar un conjunto de características de transmisión para al menos una pluralidad de subcanales, donde el paso de determinar el conjunto de características de transmisión utiliza al menos una de la pluralidad de señales piloto recibidas en cada una de la pluralidad de unidad receptoras; reportar una señal de información dé cada una de la pluralidad de unidades receptoras a la unidad transmisora, donde la señal de- información contiene el conjunto de características de transmisión para al menos uno de la pluralidad de subcanales; y utilizar un conjunto de parámetros de transmisión en la unidad transmisora sobre la base de la señal de información. 2. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado, porque el paso de transmitir la pluralidad de señales piloto comprende el paso de: generar una pluralidad de conjuntos de subcanales multiplexados por división de frecuencia ortogonal (OFDM) disjuntos, donde la pluralidad de conjuntos de subcanales OFDM disjuntos_ puede comprender conjuntos de subcanales multiplexados por división de frecuencia sustancialmente ortogonales, disjuntos; y transmitir al menos una de la pluralidad de señales piloto sobre al menos una de la pluralidad de conjuntos de subcanales OFDM disjuntos. 3. El método de conformidad con la reivindicación 2, caracterizado porque el paso de generar la pluralidad de conjuntos de subcanales OFDM disjuntos comprende el paso de reutilizar al menos uno de la pluralidad de conjuntos de subcanales OFDM disjuntos y al menos una antena de transmisión está espacialmente distante de cualquier otra antena de transmisión. . El método de conformidad con la reivindicación 2, caracterizado porque el paso de determinar el conjunto de. características de transmisión para al menos una de la " pluralidad de subcanales comprende el paso de analizar un grupo de conjuntos de subcanales OFDM disjuntos. 5. El método de .conformidad con la reivindicación 4, caracterizado porque el conjunto de características de transmisión comprende un nivel de interferencia promedio. 6. El método de conformidad con la reivindicación 4, caracterizado porque el conjunto de características de transmisión comprende un nivel de ruido. 7. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque la pluralidad de señales piloto comprende una pluralidad de secuencias ortogonales . 8. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque la pluralidad de señales piloto comprende una pluralidad de símbolos OFDM. 9. El ~ método de conformidad con la reivindicación 8, caracterizado porque la pluralidad de símbolos OFDM son codificados ortogonalmente . 10. El método de conformidad - con la reivindicación 9, caracterizado porque la pluralidad de símbolos OFDM son codificados ortogonalmente con" secuencias de código de Walsh. 11. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque la pluralidad de señales piloto comprende una pluralidad de secuencias de Registro de Desviación de Longitud Máxima desviadas (secuencias m) , donde cada una de la pluralidad de secuencias m desviadas es separada por un periodo predeterminado . 12. El método de conformidad con la reivindicación 11, caracterizado porque la pluralidad de señales piloto comprende una pluralidad de secuencias m anexas, desviadas, donde cada una de la pluralidad de. secuencias m anexas, desviadas incluye una porción repetida de la secuencia m. 13. El método de conformidad con la reivindicación 4, caracterizado porque el grupo de conjuntos de subcanales OFDM disjuntos comprende: al menos uno de la pluralidad de conjuntos de subcanales OFDM disjuntos asociados con un enlace principal; y al menos uno de la pluralidad de conjuntos de subcanales OFDM disjuntos asociados con un conjunto de enlaces interferentes. 14. El método de conformidad con la reivindicación 13, caracterizado porque la señal de información contiene el conjunto de características de transmisión asociadas con el enlace principal y el conjunto de enlaces interferentes. 15. El método de conformidad con la reivindicación 2, caracterizado porque el paso de reportar los parámetros de transmisión comprende los pasos de: generar una función polinomial representativa de un conjunto de características de transmisión del enlace principal; y transmitir un conjunto de coeficientes asociados con la función polinomial. 16. El método de conformidad con la reivindicación 2, caracterizado porque el paso de reportar la señal de información comprende el paso de comprimir el conjunto de características de transmisión para al menos uno de la pluralidad de subcanales, donde el conjunto de características de transmisión es obtenido a partir de una transformación de Fourier rápida e inversa efectuada sobre una respuesta -de frecuencia " de canal. 17. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque comprende además los pasos de: generar una pluralidad de mensajes de programación en la unidad transmisora; y transmitir al menos uno de la pluralidad de- mensajes de programación a al menos una de la pluralidad de unidades receptoras, donde tras la recepción de al menos uno de la pluralidad de mensajes de programación, al menos una de la pluralidad de unidades receptoras programa el paso de reportar la señal de información. 18. Un aparato para medir y reportar características de transmisión de un canal de propagación -en un sistema de comunicación de entrada múltiple/salida múltiple, caracterizado porque comprende: medios para generar una pluralidad de señales piloto; medios para transmitir una pluralidad de señales piloto sobre un canal de propagación entre una unidad transmisora y una pluralidad de unidades receptoras, donde la unidad transmisora comprende la menos una antena- de transmisión, cada una de la pluralidad de unidades receptoras comprende al menos una antena de recepción, y el canal de propagación comprende una pluralidad de subcanales entre la unidad transmisora y la pluralidad de unidades receptoras; medios para recibir al menos una de la pluralidad de señales piloto en la pluralidad receptora; medios para determinar un conjunto de características de transmisión para al menos uno de la pluralidad de subcanales, donde el paso de determinar el conjunto de características de transmisión utiliza al menos una de la pluralidad de señales piloto recibidas en cada una de la pluralidad de unidades receptoras; medios para reportar una señal de información de cada una de la pluralidad de unidades receptoras a la unidad transmisora, donde la señal de información contiene el conjunto de características de transmisión para al menos una de la pluralidad de subcanales; y medios para optimizar un conjunto de parámetros de transmisión en la unidad transmisora, sobre la base de la señal de información. 19. Un método para medir y reportar información de estado de canal (CSl) en un sistema de entrada múltiple/salida múltiple (MIMO) , caracterizado porque comprende los pasos de: asignar -una pluralidad de conjuntos de subcanales disjuntos a una pluralidad de antenas de transmisión; transmitir una pluralidad de señales piloto Multiplexadas por División de Frecuencia Ortogonal (OFDM) desde una unidad transmisora hasta una pluralidad de unidades receptoras, donde cada una de la pluralidad de señales piloto OFDM es transmitida sobre al menos una pluralidad de conjuntos de subcanales disjuntos; desmodular la pluralidad de subcanales piloto OFDM; determinar la CSl de la pluralidad de conjuntos de subcanales disjuntos, donde el paso de determinar la CSl utiliza la pluralidad desmodulada de señales piloto OFDM; transmitir la CSl de la pluralidad de conjuntos de subcanales disjuntos a la unidad transmisora; y preacondicionar un símbolo de transmisión. 20. El método de conformidad con la reivindicación 19, caracterizado porque el paso de transmitir la CSl de la pluralidad de conjuntos de subcanales disjuntos comprende los pasos de: comprimir la CSl en una matriz reducida; y transmitir una representación de la matriz reducida a la unidad transmisora. 21. El método de conformidad con la reivindicación 20, caracterizado porque la matriz reducida es el resultado de la multiplicación de multiplicar una matriz de respuesta de canal y un conjugado complejo de la matriz de respuesta de canal, donde la matriz de respuesta de canal incluye una pluralidad de valores de ganancia de CSl. 22. El método de conformidad con la reivindicación 21, caracterizado porque la representación de la matriz reducida es una matriz de modo propio. 22. El método de conformidad con la reivindicación 19, caracterizado porque el paso de determinar la CSl de la pluralidad de conjuntos de subcanales disjuntos comprende además los pasos de: determinar si un enlace de comunicaciones tiene un número de componentes de multitrayectoria que sea menor que un umbral predefinido; y efectuar una operación de transformación de Fourier rápida inversa (IFFT) sobre un conjunto de respuestas de frecuencia de canal de enlace de comunicaciones y el número de componentes de multitrayectorias menor que el umbral predefinido, donde el resultado de la operación IFFT es la información de estado de canal a ser transmitida a la unidad transmisora. 23. El sistema para medir y reportar información de estado de canal (CSl) en un sistema de comunicación de entrada múltiple/salida múltiple, caracterizado porque comprende: un procesador en una estación base para asignar una pluralidad de conjuntos de subconjuntos disjuntos a una pluralidad de antenas de transmisión, para generar una pluralidad de señales piloto, para asignar a cada una de la pluralidad de señales piloto al menos una de la pluralidad de conjuntos de subcanales disjuntos, y para preacondicionar los datos de transmisión; un modulador conectado al procesador para recibir la pluralidad de señales piloto y modular la pluralidad de señales piloto sobre la pluralidad del conjunto de subcanales disjuntos asignados, donde la pluralidad de conjuntos de subcanales disjuntos son transmitidos por la pluralidad de antena de transmisión; un desmodulador en cada una de la pluralidad de unidades receptoras para recibir los datos transportados sobre la pluralidad de conjuntos de subcanales disjuntos; y un procesador conectado al desmodulador en cada una de la pluralidad de unidades receptoras para analizar datos desmodulados, donde el procesador determina la CSl de los datos desmodulados y genera un mensaje de CSl para la transmisión a la estación base, donde el mensaje de CSl." es utilizado por el procesador en la estación base para preacondicionar datos de transmisión. 24. El sistema de conformidad - con la reivindicación 23, caracterizado porque el procesador conectado al de modulador en cada una de la pluralidad de unidades receptoras genera el mensaje de CSl para un subconjunto de la pluralidad de conjuntos de subcanales disjuntos. 25. El sistema de conformidad con la reivindicación 23, caracterizado porque el procesador en la estación base genera una pluralidad de señales piloto que incluye una pluralidad de secuencias ortogonales. 25. El sistema de conformidad con la reivindicación 23, caracterizado porque el procesador en la estación base genera una pluralidad de señales piloto que comprende una pluralidad de símbolos OFDM periódicos. 27. El sistema de _ conformidad con la reivindicación 23, caracterizado porque el procesador en la estación base genera una pluralidad de señales piloto" que comprende una pluralidad de secuencias de Registro de Desviación de Longitud Máxima desviadas (secuencias m) .