ES2295211T3

ES2295211T3 - Metodo de señalizacion de bucle cerrado para controlar multiples haces de transmision y dispositivo transceptor adaptado de forma correspondiente.

Info

Publication number: ES2295211T3
Application number: ES01972005T
Authority: ES
Inventors: Ari Hottinen
Original assignee: Nokia Inc
Current assignee: Nokia Inc
Priority date: 2001-09-05
Filing date: 2001-09-05
Publication date: 2008-04-16
Anticipated expiration: 2021-09-05
Also published as: EP1423926B1; DE60131576T2; US20040042427A1; US7664061B2; DE60131576D1; EP1423926A1; WO2003023995A1

Abstract

Método de señalización de bucle cerrado para controlar múltiples haces de transmisión, que comprende las etapas siguientes: - recibir (S21) una pluralidad de por lo menos dos haces desde un primer transceptor (Nodo_B) a través de una pluralidad de canales de transmisión en un segundo transceptor (UE), - evaluar (S22), en dicho segundo transceptor, características de dicha pluralidad de haces recibidos en dicho segundo transceptor, - determinar por lo menos un haz dominante usando dicha característica, - obtener (S24) información de control para ser realimentada desde dicho segundo transceptor (UE) hacia dicho primer transceptor (Nodo_B), basándose en dichas características evaluadas, en el que - asignar a dicha información de control para características dominantes una resolución de cuantificación diferente en comparación con un haz menos dominante (S25, S26, S27).

Description

Método de señalización de bucle cerrado para controlar múltiples haces de transmisión y dispositivo transceptor adaptado de forma correspondiente.

Campo de la invención

La presente invención se refiere a un método de señalización de bucle cerrado para controlar múltiples haces de transmisión y a un dispositivo transceptor adaptado de forma correspondiente.

Antecedentes de la invención

La diversidad se usa en los sistemas de comunicación tales como los sistemas de comunicaciones inalámbricas para mejorar la calidad de la comunicación mediante la transmisión de información a transmitir a través de varios canales (variables en el espacio y/o el tiempo). Las disposiciones de diversidad se pueden clasificar según conceptos de diversidad de bucle abierto y diversidad de bucle cerrado. Los conceptos de diversidad de bucle cerrado aplican una realimentación de información desde el receptor que ha recibido una transmisión de diversidad al transmisor para realizar de este modo un control de realimentación de la transmisión de diversidad.

Típicamente, las técnicas de bucle cerrado adoptadas en el 3GPP (Proyecto de Asociación de 3ª Generación) intentan realizar una aproximación de la conformación del haz con una información del estado del canal (espacial) perfecta o promediada en el transmisor. A continuación, se obtienen las ganancias del sistema ya que la señal transmitida por los diferentes elementos de antena (que forman un sistema) se puede combinar de forma coherente. Naturalmente, el transporte de la información del estado del canal con una fiabilidad y una velocidad de transmisión suficientes puede requerir un canal de señalización de una capacidad relativamente elevada desde el equipo de usuario (UE) hacia la red y/o hacia la(s) estación(es) base.

Obsérvese que el equipo de usuario UE según el 3GPP y/o el UMTS (Norma de Telecomunicaciones Móviles Universales) se corresponde con una estación móvil según el GSM (Norma Global de Comunicaciones Móviles). No obstante, la presente invención, tal como se describe a continuación en el presente documento, no se limita a su aplicación a una normativa de comunicaciones específica. Las referencias a la norma 3GPP UMTS que se está desarrollando en la actualidad sirven únicamente como mero ejemplo y no limitan el alcance de la inven-
ción.

La Fig. 1 muestra en un esbozo aproximado la disposición de control de realimentación para los conceptos de diversidad de bucle cerrado. Una red de comunicaciones NW (por ejemplo, UMTS ó GSM ó cualquier otra red) está representada por uno de entre una pluralidad de Nodos_B (UMTS) (que se corresponde con una estación base BS en el GSM). El Nodo_B está provisto de un sistema de antenas (no mostrado) desde el cual surge una pluralidad correspondiente de haces en dirección al equipo de usuario UE. Cada haz en la dirección del enlace descendente se desplaza y/o propaga a través de un canal de transmisión que se puede representar mediante su función de transferencia de canal h. De este modo, el sistema de antenas deriva en una matriz de funciones de transferencia de canal H que representa el comportamiento de la transmisión del Nodo_B. A efectos de la presente invención, un Nodo_B y/o una estación base representan un primer transceptor, mientras que un equipo de usuario UE y/o estación móvil representa un segundo transceptor. No obstante, la invención no se limita a esta opción sino que se puede aplicar para cualquier concepto similar de transmisor-receptor de múltiples antenas.

Al recibir una pluralidad de por lo menos dos haces desde el primer transceptor a través de la pluralidad de canales de transmisión en el segundo transceptor, dicho segundo transceptor realiza un procesado bien conocido para, por ejemplo, obtener las funciones de transferencia de canal (estimaciones), y obtiene información de control para realimentarla desde dicho segundo transceptor UE hacia dicho primer transceptor Nodo_B para lograr un control de realimentación. Obsérvese que las estimaciones de la función de transferencia de canal se pueden obtener, por ejemplo, usando una detección Viterbi y/o un procesado de señales piloto que contengan secuencias de entrenamiento conocidas, o por medio de cualquier otro método conocido adecuado.

W. Utschnik et al presentaron en las actas de la 4ª European Personal Mobile Communications Conference, Viena, Austria, febrero de 2000, una contribución titulada "Efficient tracking and feedback of DL-Eigenbeams in WCDMA" por medio de la cual se propuso una implementación distribuida del seguimiento de autoespacios/-haces en el equipo de usuario y la estación base, respectivamente, con una señalización de realimentación correspondiente. Como la señalización de realimentación adoptada es fija, la misma implica inevitablemente cierta tara transmitida de vuelta y por lo menos ocupa una capacidad de señalización de realimentación la cual se podría usar de otro modo más eficazmente.

En la reunión nº 14 del WG 1 sobre la RAN TSG 3GPP, del 4 al 7 de julio de 2000, Oulu, Finlandia, Siemens presentó una propuesta de un "Advanced closed loop Tx diversity concept (eigenbeamformer)" para su discusión. La señalización de realimentación requerida usada en la disposición propuesta de esta manera sigue siendo considerable y por lo tanto también ocupa por lo menos una capacidad de señalización de realimentación la cual se podría usar de otra manera más eficazmente.

El documento WO-A-0072465 da a conocer un esquema de diversidad de transmisión en el que los pesos de las antenas del transmisor se determinan basándose en una información de realimentación recibida desde el receptor.

Sumario de la invención

Por lo tanto, uno de los objetivos de la presente invención es proporcionar un método de señalización de bucle cerrado para controlar múltiples haces de transmisión, tal como un método de señalización de diversidad de transmisión de bucle cerrado o de entrada múltiple salida múltiple (MIMO) de bucle cerrado, el cual esté exento del inconveniente antes mencionado y por lo tanto optimizado en términos de su señalización de realimentación para minimizar la tara debida a dicha señalización.

Según la presente invención, este objetivo se alcanza por ejemplo con un método de señalización de bucle cerrado para controlar múltiples haces de transmisión, que comprende las etapas en las que se recibe una pluralidad de por lo menos dos haces desde un primer transceptor a través de una pluralidad de canales de transmisión en un segundo transceptor, se evalúan, en dicho segundo transceptor, características de dicha pluralidad de haces recibidos en dicho segundo transceptor, se determina por lo menos un haz dominante usando dicha característica, se obtiene información de control para ser realimentada desde dicho segundo transceptor hacia dicho primer transceptor, basándose en dichas características evaluadas, en el que a dicha información de control para características dominantes se le asigna una resolución de cuantificación diferente en comparación con un haz menos dominante.

Todavía adicionalmente, según la presente invención, este objetivo también se alcanza, por ejemplo, con un dispositivo transceptor, adaptado para ser usado en un método de señalización de bucle cerrado para controlar múltiples haces de transmisión, comprendiendo dicho dispositivo transceptor unos medios de recepción adaptados para recibir una pluralidad de por lo menos dos haces desde otro transceptor a través de una pluralidad de canales de transmisión, unos medios de evaluación adaptados para evaluar características de dicha pluralidad de haces, unos medios de determinación adaptados para determinar por lo menos un haz dominante usando dicha característica, unos medios de obtención adaptados para obtener información de control con vistas a ser realimentada desde dicho transceptor (UE) hacia dicho primer transceptor, basándose en dichas características evaluadas, en el que a dicha información de control para características dominantes se le asigna una resolución de cuantificación diferente en comparación con un haz menos dominante.

Debe indicarse que un haz se puede corresponder con un canal espacial y que la determinación de los parámetros para por lo menos dos haces se puede efectuar para haces los cuales posiblemente son diferentes con respecto a los correspondientes a partir de los cuales se obtuvieron las estimaciones del canal.

Según otras evoluciones ventajosas de la presente invención, es decir, del método así como del dispositivo transceptor

-: dicha resolución de cuantificación asignada a dicho haz dominante es mayor en comparación con la correspondiente a un haz menos dominante;

-: dicha pluralidad de haces constituye un sistema de haces parametrizado, y dichas características de dichos haces se representan mediante parámetros de parametrización;

-: dichas características se basan en una descomposición matricial de las realizaciones de los canales, una matriz de canales, o una matriz de correlación que se base en la matriz de canales o las realizaciones de canales de las respuestas impulsionales de canal de entre la pluralidad de canales, por ejemplo, se basan en una descomposición en autovalores, aunque también son posibles otras descomposiciones, por ejemplo, una descomposición en valores singulares o una descomposición generalizada en valores singulares, un análisis de componentes independientes, etcétera;

-: los haces que tienen el mayor efecto sobre la potencia de la señal recibida representan los haces dominantes

-: el parámetro de parametrización que tiene el valor máximo se determina de manera que representa al haz dominante;

-: dichas características se basan en una descomposición en autovalores o matricial de la matriz de correlación promediada a largo plazo o la matriz de correlación a corto plazo que se base en diversas matrices de canales instantáneos de las respuestas impulsionales de canal de la pluralidad de canales;

-: se determina que el autohaz que presenta el autovalor máximo representa al haz dominante;

-: dichas características se basan en un análisis de componentes independientes de dichas realizaciones de canales o matriz de canales, o de una matriz de correlación de canales que produzca una indicación de potencia relativa por cada haz;

-: se realizan estimaciones adaptativas de dichas características a partir de señales recibidas (sin realizar estimaciones explícitas de una matriz de correlación de canales o de la subsiguiente descomposición matricial, sino realizando más bien estimaciones adaptativas de las características deseadas (los haces deseados, por ejemplo, los autovectores) a partir de realizaciones de canales, o estimaciones de canales)

-: se determina que el haz correspondiente al indicador de potencia relativa que indica la mayor potencia relativa representa al haz dominante;

-: a dicha información de control para dicho haz del cual se ha determinado que es el haz dominante se le asigna una resolución de cuantificación predeterminada (debe indicarse que en la resolución de cuantificación predeterminada los parámetros de los haces dominantes se pueden cuantificar con una resolución mayor, con más bits de cuantificación, que un haz que no sea igual de dominante, el número de bits también se puede predeterminar);

-: dicho segundo transceptor determina la resolución de cuantificación a asignar a dicho haz que se ha determinado como dominante;

-: a dicha información de control para dicho haz o haces que se han determinado como dominantes se le asigna una constelación de resoluciones de cuantificación 8-PSK, y a la información de control para los restantes haces menos dominantes se le asigna una constelación de resoluciones de cuantificación QPSK ó BPSK;

-: a dicha información de control para dicho haz que se ha determinado como dominante se le asigna una constelación de resoluciones de cuantificación 8-PSK ó QPSK, y a la información de control para los restantes haces menos dominantes se le asigna respectivamente una constelación de resoluciones de cuantificación QPSK ó BPSK, o BPSK.

De este modo, gracias a la implementación de la presente invención, se pueden alcanzar las siguientes ventajas:

-: se optimiza la señalización de realimentación en términos de minimizar la tara debida a dicha señalización;

-: se pueden lograr ganancias en canales (canales sin correlación o con correlación) cuando se compara con una señalización con la misma resolución de cuantificación para cada haz;

-: se requiere una menor señalización de realimentación;

-: de este modo se pueden reducir los requisitos de memoria y los requisitos de cálculo en el equipo del usuario;

-: posibilita una solución de compromiso entre el uso de información de realimentación codificada para la representación de los haces, y la precisión en la representación de los haces (es decir, en general se pueden usar menos bits para representar los haces, y si fueran necesarios, los mismos se pueden utilizar para añadir codificación con vistas a conseguir que la señalización sea robusta con respecto a los errores de realimentación) - se puede reducir la tara de señalización (para (auto)haces menos dominantes, ya que para los mismos se usa una menor capacidad de señalización (resolución más baja)) mientras que se puede incrementar la precisión del resultado realimentado con fines relacionados con el control de bucle cerrado gracias al uso de una mayor resolución para haces más dominantes, proporcionando de este modo una mejora del(de los) concepto(s) conocido(s) anteriormente.

De este modo, tal como se ha mencionado anteriormente, aunque expresado con otras palabras, el concepto según lo propone la presente invención reside en que para representar haces de realimentación menos dominantes se asignan menos bits que para los haces más dominantes. A saber, como la capacidad de señalización de realimentación como tal, frecuentemente es fija y por lo tanto está limitada, según la presente invención los coeficientes de realimentación (de largo plazo) se cuantifican progresivamente, es decir, de forma diferente, según su predominio. De este modo, se puede obtener una mejor ganancia a partir de haces de diversidad de enlaces descendente relevantes/dominantes. Por lo tanto la resolución de cuantificación puede depender, por ejemplo, de la magnitud de los autovalores, medidos en el equipo de usuario (usando, por ejemplo, canales piloto comunes o dedicados). Por lo tanto esta invención propone un concepto de cuantificación específico en el cual a los haces (señalizados desde el UE al Nodo_B) que presentan un menor efecto sobre la capacidad o sobre la ganancia de la Relación Señal/Ruido SNR de un usuario determinado se les asignan menos bits, y aquellos haces que presentan un efecto significativo se les asignan más
bits.

Breve descripción de los dibujos

La presente invención se pondrá más claramente de manifiesto haciendo referencia a los dibujos adjuntos, en los cuales:

la Fig. 1 muestra una disposición general de diversidad de bucle cerrado, en la cual se puede aplicar de forma ventajosa la presente invención; y

la Fig. 2 muestra un diagrama de flujo de las etapas del método según la presente invención, cuando se implementa en el equipo de usuario; y

la Fig. 3 ilustra la pérdida de la SNR debida a la cuantificación para ejemplos de cuantificación asimétrica y simétrica.

Descripción detallada de las formas de realización

La presente invención se describirá a continuación de forma detallada haciendo referencia a los dibujos.

Debe indicarse que la presente invención se puede aplicar de forma ventajosa a la estructura de realimentación mostrada en la Fig. 1 y ya descrita de forma detallada anteriormente en el presente documento, de manera que se considera que se puede prescindir de una descripción repetida de la misma. Debe indicarse además que el término haz significa un canal de transmisión espacial. Cada elemento de antena puede emitir un haz, aunque también es posible que, dependiendo de la característica de la antena, un elemento de antena puede emitir diversos haces. No obstante, en aras de mayor simplicidad, la descripción subsiguiente supondrá que se está emitiendo un haz por elemento de antena.

La Fig. 2 muestra un diagrama de flujo de las etapas del método según la presente invención, cuando se implementa en el equipo de usuario. Obsérvese que no es necesario limitar la implementación del procesado únicamente en el equipo de usuario. No obstante, en términos de minimizar la señalización requerida entre componentes de la red, la implementación en el equipo de usuario resulta ventajosa.

El procedimiento comienza en la etapa S20. A continuación, en la etapa S21, el equipo de usuario como segundo transceptor UE recibe una pluralidad de por lo menos dos haces desde un primer transceptor, es decir, el Nodo_B a través de una pluralidad de canales de transmisión h1,..., hm. (Cada haz viaja a través de un canal de transmisión ligeramente diferente y por lo tanto está sometido a una función de transferencia de canal respectiva diferente). En la etapa S22, se realiza una evaluación de las características del haz respectivo, seguida en la etapa S23 por la determinación de los haces deseados y la clasificación de dichos haces deseados según una comparación de dichas características evaluadas de tal manera que se determina que por lo menos uno de dichos haces deseados representa un haz dominante. Esto significa que, por ejemplo, las características de los haces se comparan mutuamente entre sí para hallar el más dominante, "el mejor". Alternativamente, las características se podrían comparar con un valor de umbral, y únicamente aquellas que resultasen estar por encima de dicho umbral se compararían adicionalmente entre sí para hallar el haz más dominante.

En una etapa S24 subsiguiente, se obtiene para cada haz la información de control a realimentar desde dicho equipo de usuario hacia dicho Nodo_B. La información de control se basa en y/o se corresponde con las características evaluadas. No obstante, como la obtención de la información de control como tal no es una de las cuestiones principales de la invención propuesta, la misma no se explica en el presente documento de forma más detallada.

Si en la etapa S25 se determina que un haz respectivo es el haz más dominante (SÍ en S25), el flujo prosigue hacia la etapa S26, en la que a este haz dominante se le asigna una resolución alta para la información de realimentación correspondiente de dicho haz. Si, por el contrario, la etapa S25 da como resultado que el haz no es dominante, no se asigna una resolución alta (una resolución menor que la resolución alta) a la información de realimentación para la representación del haz respectivo menos dominante (S26).

Obsérvese que la resolución alta puede ser predeterminada o la puede determinar, por ejemplo, el equipo de usuario. Las resoluciones pueden ser QAM (Modulación de Amplitud en Cuadratura), PAM-PSK (PAM= Modulación por Amplitud de Impulsos), 8-PSK, QPSK, y/ó BPSK, como ejemplo. Por lo tanto, al haz dominante se le puede asignar una resolución 8-PSK y a los haces restantes una resolución QPSK y/ó BPSK. Es posible que al haz dominante se le asigne la resolución más alta y que a la totalidad del resto de haces se les asigne una resolución común inferior. No obstante, también es posible que a los haces menos dominantes se les asigne o se representen con resoluciones diferentes, por ejemplo, que los haces menos dominantes se dividan en dos clases de haces menos dominantes, asignándose a una clase (por ejemplo, la más dominante de entre los haces menos dominantes) la resolución QPSK, y asignándose a los otros la BPSK (suponiendo que la 8-PSK se asigna al haz más dominante). En dicha asignación de resolución progresiva son posibles varias modificaciones, por ejemplo, los haces menos dominantes se pueden someter al mismo procesado que inicialmente, de manera que entre los haces menos dominantes se determina y/o clasifica el haz relativamente más dominante. Por lo tanto, según dicho esquema, el predominio de los haces se determina de forma progresiva.

Una vez que se ha asignado la resolución en las etapas S26 y S27, la información de realimentación se envía en la etapa S28 desde el equipo de usuario al Nodo_B, y el flujo vuelve a la etapa S21, en la que a continuación se reciben los haces controlados/modificados usando la información de realimentación, etcétera. Las características se pueden calcular usando estimaciones de canales que hacen uso de haces con coeficientes fijos (por ejemplo, a partir de M canales, cada uno de ellos transmitido con un coeficiente fijo desde diferentes elementos de antena, en el 3GPP se transmiten canales CPICH). Alternativamente, las características pueden ser diferenciales con respecto a los haces deseados cuantificados y señalizados anteriormente.

La presente invención se describirá a continuación haciendo referencia a algunos casos específicos.

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1. Diversidad de transmisión/MIMO con haces de largo plazo

En los canales con correlación, con frecuencia se puede reducir la capacidad de realimentación requerida. A continuación se describen dos planteamientos.

El primer planteamiento describe una parametrización específica del sistema y el segundo se basa en una reducción de las dimensiones a través de una descomposición en autovalores.

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1.1. Parametrización del sistema

En el siguiente ejemplo se trata un concepto de conformación de haz parametrizado en el cual el peso de transmisión/vector del sistema (es decir, la señal de peso de realimentación), parametrizado por \theta, viene dado por

(1)w(\theta) = [1,e^{j2\pi dsen(\theta)/\lambda} ,..., e^{j2\pi (M-1)dsen(\theta)/\lambda}]^{T}/\sqrt{M}

en la que d es la separación entre M elementos de antena y \lambda la longitud de onda portadora. (El subíndice "^{T}" indica el vector/matriz traspuesto). La separación entre elementos d en principio puede ser arbitraria. No obstante, cuando los elementos de transmisión están calibrados, y separados por una distancia d = \lambda/2 entre ellos, la realimentación se puede definir de manera que determine una dirección de transmisión de tal modo que se maximice la potencia de la señal recibida. No obstante, incluso si los elementos de transmisión no están calibrados o los elementos se encuentran en posiciones arbitrarias de tal manera que los canales no están en correlación total, este planteamiento halla sin embargo el vector del sistema que mejor se adecua al canal de enlace descendente (instantáneo).

Se supone que las estimaciones de los coeficientes del canal entre cada elemento de antena de transmisión y las antenas receptoras se realizan usando canales piloto (se pueden usar canales piloto bien dedicados o bien comunes). El terminal construye la matriz de canales H = (h_{1},..., h_{m}), en la que h_{m} es la respuesta impulsional de canal entre el elemento del sistema m-ésimo y el terminal con la discretización deseada. El peso de realimentación w se puede calcular a partir del autovector correspondiente al autovalor más alto de la matriz de canales R = H^{H} H, como en la especificación 3GPP. (El subíndice "^{H}" indica la matriz/vector traspuesto complejo conjugado). De forma más precisa, el terminal calcula la descomposición en autovalores de la matriz de correlación

R \ E = \Lambda \ E

en la cual las columnas de E = [e_{1}, ..., e_{m}] son los autovectores correspondientes a los autovalores \lambda_{1}, ..., \lambda_{m} dispuestos en orden decreciente de magnitud. (Obsérvese que \Lambda= diag[\lambda_{1}, ..., \lambda_{m}], indicando "diag" la matriz diagonal que tiene elementos de matriz diferentes de cero únicamente en su diagonal. Es bien sabido que el autovector e_{1} maximiza la potencia de la señal en el receptor. No obstante, en lugar de señalizar el(los) autovector(es) no estructurado(s) {e_{m}} y posiblemente el(los) autovalor(es) relacionado(s) hacia la estación base/Nodo_B, el equipo terminal/de usuario puede enviar únicamente el(los) parámetro(s) relevante(s) cuando se controla el sistema.

En el caso antes descrito el parámetro relevante es \Theta*, el cual se puede calcular a partir de

1

con la resolución de cuantificación deseada (que se tratará en la siguiente sección). Si se necesitan haces de diversidad, o múltiples haces paralelos, los mismos se pueden generar señalizando el(los) parámetro(s) respectivo(s) correspondiente(s) a e_{2} y así sucesivamente. En esta parametrización específica, entre los elementos transmisores vecinos se usa la misma fase relativa, calculada, por ejemplo, usando mediciones de canales comunes. El Modo 2 de realimentación actual puede soportar ocho direcciones de transmisión, por ejemplo, cuando se usa la fase de la palabra de realimentación para representar la dirección de transmisión, incluso si se omite el bit de ganancia de la palabra de realimentación. Es evidente que la parametrización propuesta reduce el número requerido de bits de realimentación, y mantiene el Modo 2 del concepto normalizado de dos antenas como un caso especial (cuando existen solamente dos elementos de transmisión). Con este concepto, el terminal puede controlar la dirección de transmisión de manera que se maximiza la potencia de la señal instantánea.

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1.2. Haces de largo plazo

Las propiedades de largo plazo del canal de enlace descendente también se pueden usar para reducir la realimentación requerida. Este planteamiento supone que algunos haces son por regla general más "beneficiosos" que otros.

Para describir el planteamiento (sin limitar la implementación), se supone que el terminal mantiene una estimación de la matriz de correlación promediada

R[t_{0}] = C \sum\limits^{t_{0}}_{t=t_{0}-P} H^{H} [t]H[t]

en la que H[t] constituye la matriz de canales instantáneos en el intervalo de tiempo t y C es un coeficiente de normalización. La ventana de integración P (sobre la cual se efectúa el promediado) debería extenderse claramente sobre el tiempo de coherencia de los canales. En canales estructurados o con correlación, esta matriz presenta un número reducido de autovalores dominantes. En este caso, los haces de largo plazo dominantes se definen (en el intervalo t_{0}) como los autovectores dominantes de R[t_{0}] usando la descomposición en autovalores

R[t_{0}]E = \Lambda Ef

Los autovectores dominantes (o sus parámetros) se señalizan a la estación base/el Nodo_B en la señalización de realimentación. A continuación, la estación base transmite al equipo de usuario UE estos haces de largo plazo dominantes, por ejemplo, usando cualquier concepto deseado de diversidad de transmisión de bucle abierto. Obsérvese que en el concepto anterior la realimentación de corto plazo se determina cuando P está dentro del tiempo de coherencia del canal.

Para potenciar adicionalmente el rendimiento, la estación base puede solicitar una realimentación rápida que esté condicionada por los haces de largo plazo. La última realimentación se basa en los canales efectivos

(4)h_{ej}[t] = H[t]e_{j},

\hskip0.2cm

j= 1 ,..., L

en la que se usan L haces de largo plazo. Cuando L=2, se pueden usar estos dos canales efectivos en lugar de h_{1} y h_{2} cuando se calcula la información de realimentación de corto plazo usando la ec. (1). Una de las posibilidades es seleccionar el haz de mayor intensidad basándose en cada intervalo individual según proponen Utschick et al (mencionados anteriormente). No obstante, cuando se consideran las cuestiones de estimación de los canales del terminal, se podría aplicar la STTD (diversidad en transmisión - tiempo) con ponderación flexible para potenciar adicionalmente el rendimiento. Con la STTD con ponderación flexible se puede omitir la verificación de antenas/haces. De forma más general, se pueden usar algoritmos de realimentación de corto plazo que se basen en la ec. (1), adoptada en el Modo 1 ó Modo 2. Se llevaron a cabo simulaciones preliminares en un canal con desvanecimiento Rayleigh de dos trayectos, con cuatro antenas de transmisión y con una matriz de correlación espacial específica. Las simulaciones muestran que la ganancia relativa cuando se aplica la ec. (1), en comparación con la selección de haces, es mayor que 1 dB. Evidentemente, la ganancia depende de la estructura del canal de enlace descendente, por ejemplo, de la dispersión de los autovalores.

Utschnik et al y Siemens (ambos mencionados anteriormente) han propuesto de forma independiente conceptos similares. Además, se propuso un planteamiento de conformación de haces de subespacio relacionado en el cual las matrices de correlación espaciales se señalizan a la estación base y se usan para mitigar la interferencia entre los usuarios del enlace descendente.

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2. Concepto de cuantificación propuesto

Siemens propuso el concepto denominado de conformación de autohaces (eigenbeamformer) sin especificar cómo se cuantifican óptimamente los haces de largo plazo. Únicamente se establece que se puede disponer de un cierto número de bits para cuantificar la ganancia y la fase de cada elemento de cada autohaz. Además, parece que se supone que cualquiera que sea el método de cuantificación, se usa el mismo método para todos los autohaces.

El método propuesto en esta invención (aplicable a ambos conceptos según se ha expresado anteriormente en líneas generales en la sección 1.1. y 1.2.) fija un planteamiento general para cuantificar los haces de transmisión. La invención no se limita al uso de autohaces, y se puede usar el mismo planteamiento también con haces parametrizados o para cualquier otro método de cálculo de haces de largo/corto plazo en el terminal (siempre que los mismos se señalicen a la BS/el Nodo_B).

En el contexto de los (auto)haces de largo/corto plazo, el método propuesto sugiere simplemente un concepto en el cual el(auto)haz con el autovalor mayor tiene una realimentación de resolución más alta (con más bits de realimentación) que los haces con autovalores menores. De este modo, el predominio en este contexto se corresponde, por ejemplo, con la magnitud relativa del autovalor. Alternativamente, el mismo se puede determinar evaluando la potencia recibida (relativa) eficaz

\newpage

|| H^{H}e_{j} ||^{2}

\hskip0.2cm

ó

|| H^{H}W(\Theta)_{j} ||^{2}

para cada haz paralelo con una cuantificación determinada para los parámetros de los haces.

Como ejemplo, se puede cuantificar cada elemento del autovector dominante en una constelación 8-PSK y los elementos de los autovectores restantes en QPSK (modulación por desplazamiento de fase en cuadratura) ó BPSK (modulación por desplazamiento de fase binaria), ya que su efecto sobre la capacidad es menos pronunciado. En este caso, el haz dominante se parametriza con

w(\theta) = [1,e^{j2\pi h1/360} ,..., e^{j2\pi \cdot thm/360}]^{T}/\sqrt{M}

en la que th1,.., thm tienen 8 fases posibles (por ejemplo, 0º, 45º, 90º, ..., 315º), mientras que en otros haces las fases posibles tienen solamente 4 valores posibles, por ejemplo (0º, 90º, 180º, 270º). Se supone que el primer componente, sin pérdida de generalidad, tiene fase 0.

De este modo, la asignación de bits puede depender de los autovalores o las potencias recibidas eficaces para haces parametrizados determinados. Es evidente que la ganancia también se puede cuantificar de forma diferente para haces dominantes y no dominantes, aunque es opción se omite anteriormente en aras de una mayor claridad.

Se pueden usar otras técnicas, además de la descomposición en autovalores, para calcular los haces de largo plazo dominantes. Por ejemplo, se puede usar un análisis de componentes independientes ICA bien directamente para la matriz de canales o bien para la matriz de correlación de enlace descendente promediada. En este caso, se obtiene típicamente un conjunto de haces de largo plazo no ortogonales que pueden tener diferentes potencias relativas. En este caso, nuevamente se pueden asignar menos bits a los haces de largo plazo con menor potencia. De este modo, la potencia se corresponde en este contexto con el predominio. Así, en relación con la presente invención, no importa cómo se determinen los haces dominantes, es decir, cómo se evalúen las características de los haces, ya sea mediante cálculo (de forma adaptativa o usando alguna descomposición matricial) o de otras maneras, pero una vez que se detectan/determinan los haces dominantes, la información de realimentación relacionada con los mismos se representa con la mayor resolución.

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3. Ejemplo comparativo

Considérese el siguiente ejemplo sencillo. Se aplica el modelo de canales propuesto por Siemens usando una matriz de correlación estimada en el UE.

Se considera la siguiente cuantificación. Las partes reales e imaginarias de cada elemento de los haces de largo plazo se cuantifican en un caso simétrico con 1, 2 ó 10 bits. El caso con 10 bits es esencialmente una aproximación al caso de realimentación sin cuantificación, y sirve como límite superior. Cuando se usa 1 bit, se asignan (M-1)*2 bits por autovector y cada elemento es un símbolo QPSK. Cuando se usan 2 bits (ver la marca de la Figura 3) las partes real e imaginaria se cuantifican con dos bits y existen 16 estados en el elemento del (auto)haz correspondiente. La cuantificación uniforme para una cuadricula en un espacio complejo se considera únicamente en aras de una mayor simplicidad sin limitar en modo alguno el concepto de cuantificación en términos generales.

La cuantificación asimétrica, según se ha propuesto en relación con la presente invención, hace referencia al caso en el que los haces más dominantes presentan más bits de cuantificación. En el ejemplo considerado, se usa una cuantificación uniforme en la cual los elementos de los haces dominantes se cuantifican con 3 bits por dimensión y los elementos del segundo haz mayor o menos efectivo se cuantifican con solamente 1 bit por dimensión. Por lo tanto, en la marca 2 de la Fig. 3 se transmite el mismo número de bits de realimentación hacia la estación base, siendo el número

(M-1)*2*3[haz dominante] + (M-1)*2*1[segundo haz].

Por esta razón, cuando M=4, se envían 24 bits para representar los autohaces. Los autohaces cuantificados se (orto)normalizan nuevamente en la estación base, y en el ejemplo se usa una realimentación de corto plazo para combinar los haces coherentemente usando la ec. 4. Se observa a partir de la Fig. 3 que (i) el cálculo basado en el ICA de haces de largo plazo no ortogonales es mejor que los autohaces propuestos por Siemens, y (ii) la cuantificación asimétrica tiene un mejor rendimiento que la cuantificación simétrica. Para el ICA, los dos haces dominantes son prácticamente igual de potentes y por lo tanto el efecto de la cuantificación asimétrica no es tan significativo.

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4. Conclusión

Se presenta un planteamiento sencillo para cuantificar los haces de largo plazo. Este método se puede adoptar tanto en los conceptos MIMO (entrada múltiple salida múltiple) en los que los haces paralelos se usan para incrementar la velocidad de datos de la transmisión, como en los conceptos de diversidad TX en los que los múltiples haces paralelos se usan para incrementar únicamente la diversidad y el método se puede implementar de una serie diferente de maneras.

Como ejemplo, en lugar de tener una resolución de cuantificación fijada para cada haz, el UE puede determinar la asignación de bits e incorporar esta información al formato de señalización de enlace ascendente (de forma similar a métodos usados en la codificación de la fuente). En cualquiera de los casos, a partir del ejemplo anterior se observa que 2 bits/por dimensión por regla general es suficiente ya que la pérdida cuando se compara con la cuantificación de 10 bits no es muy alta, cuando estos bits se asignan asimétricamente a haces diferentes. Además, el método se puede usar con canales paramétricos, en cuyo caso al haz parametrizado dominante se le asignan más bits para representar el haz (por ejemplo, una dirección de transmisión de resolución mayor para haces).

El método también se puede usar con un esquema de actualización secuencial propuesto por W. Utschnik et al. En ese caso, el haz dominante se actualiza con una realimentación de resolución mayor. En la actualización secuencial, los rasgos característicos se puede calcular, por ejemplo, usando la diferencia de la matriz de correlación a partir de la cual se calcularon los coeficientes de haces anteriores, y la matriz de correlación actual. Alternativamente, la misma se calcula a partir del autovalor generalizado de dicho par de matrices.

De este modo, tal como se ha descrito anteriormente en el presente documento, la presente invención se refiere a un método de señalización de bucle cerrado para controlar múltiples haces de transmisión, que comprende las etapas en las que se recibe S21 una pluralidad de por lo menos dos haces desde un primer transceptor, Nodo_B, a través de una pluralidad de canales de transmisión en un segundo transceptor UE, se evalúan S22, en dicho segundo transceptor, características de dicha pluralidad de haces recibidos en dicho segundo transceptor, se determina por lo menos un haz dominante usando dicha característica, se obtiene S24 información de control para ser realimentada desde dicho segundo transceptor UE hacia dicho primer transceptor, Nodo_B, basándose en dichas características evaluadas, en el que a dicha información de control para características dominantes se le asigna una resolución de cuantificación diferente en comparación con un haz menos dominante S25, S26, S27. Además, la presente invención se refiere a un dispositivo transceptor (UE), adaptado para usarse en dicho método de señalización de bucle cerrado con vistas a controlar múltiples haces de transmisión.

Obsérvese que el equipo de usuario UE calcula los haces dedicados [sin cuantificación o cuantificados] usando canales de enlace descendente transmitidos desde haces de enlace descendente comunes arbitrarios, determina aquellos que proporcionarían la mejor SNR (dominante), a continuación señaliza estos coeficientes de los haces a la estación base, y la estación base los usa para modificar la transmisión con respecto al haz común. El UE no clasifica los haces obtenidos a partir de mediciones de canales comunes. Además, no tiene por qué ser un canal común, sino que puede ser cualquier canal de sondeo. No obstante, en el WCDMA es probable que sea un canal común.

Dicho con otras palabras, las características se miden usando haces de sondeo B1, B2, ..., Bm (por ejemplo, las estimaciones de los canales se obtienen midiendo los coeficientes de canal h1, h2,..., hm, a partir de todos los haces de transmisión hacia todas las antenas de recepción). Se calculan los rasgos característicos de estos canales, y se determinan las características dominantes. El UE determina por lo menos dos vectores de ponderación m-dimensionales parametrizados basándose en las características dominantes, y los mismos se usan para combinar linealmente las señales transmitidas desde los m haces (de sondeo). Los vectores de ponderación m-dimensionales parametrizados que se corresponden con la característica dominante se representan con un número de bits de cuantificación diferente a por lo menos un vector de ponderación no dominante.

Los haces de sondeo pueden ser los mismos (aunque no es necesario) para todos los usuarios, aunque los vectores de ponderación son diferentes para usuarios diferentes.

Adicionalmente, los datos se pueden distribuir para los múltiples haces de transmisión usando cualquier método conocido de codificación y modulación (codificación espacio-temporal, codificación turbo, etcétera), y la selección puede depender del requisito de la velocidad de los datos. El número de bits de información transmitidos desde los haces dominantes puede ser mayor que el número de bits (velocidad de datos) en los haces menos dominantes. Además, la potencia de transmisión de haces menos dominantes puede ser menor que la correspondiente a los dominantes.

Todavía adicionalmente, debe observarse que los múltiples haces se pueden usar para fines relacionados con técnicas de diversidad o MIMO. Como ejemplo, con la diversidad, haces diferentes pueden transportar subflujos continuos diferentes de datos (codificados), partes diferentes de códigos de bloque espacio-tiempo, de tal manera que la velocidad de datos sea la misma en la transmisión correspondiente de una antena individual. Con la MIMO (la velocidad de datos se incrementa al usar múltiples antenas de transmisión (y de recepción)) la velocidad de datos aumenta con la transmisión paralela múltiple con una modulación o codificación por lo menos parcialmente diferente. Los diferentes haces también pueden tener una velocidad de datos diferente, dependiendo de las características del
canal.

Aunque la presente invención se ha descrito en la memoria descriptiva anterior haciendo referencia a sus formas de realización preferidas, debería entenderse que en la misma se pueden aplicar numerosas modificaciones sin apartarse por ello del alcance de la invención. Se prevé que todas estas modificaciones queden incluidas en el alcance de las reivindicaciones adjuntas.

Claims

1. Método de señalización de bucle cerrado para controlar múltiples haces de transmisión, que comprende las etapas siguientes:

-: recibir (S21) una pluralidad de por lo menos dos haces desde un primer transceptor (Nodo_B) a través de una pluralidad de canales de transmisión en un segundo transceptor (UE),

-: evaluar (S22), en dicho segundo transceptor, características de dicha pluralidad de haces recibidos en dicho segundo transceptor,

-: determinar por lo menos un haz dominante usando dicha característica,

-: obtener (S24) información de control para ser realimentada desde dicho segundo transceptor (UE) hacia dicho primer transceptor (Nodo_B), basándose en dichas características evaluadas, en el que

-: asignar a dicha información de control para características dominantes una resolución de cuantificación diferente en comparación con un haz menos dominante (S25, S26, S27).

2. Método según la reivindicación 1, en el que dicha resolución de cuantificación asignada a dicho haz dominante (S25, S26) es mayor en comparación con la correspondiente a un haz menos dominante.

3. Método según la reivindicación 1, en el que dicha pluralidad de haces constituye un sistema de haces parametrizado, y dichas características de dichos haces se representan mediante parámetros de parametrización.

4. Método según la reivindicación 3, en el que dichas características se basan en una descomposición en autovalores de la matriz de correlación que se basa en la matriz de canales de las respuestas impulsionales de canal correspondientes a la pluralidad de canales.

5. Método según la reivindicación 4, en el que los haces que tienen el mayor efecto sobre la potencia de la señal recibida representan los haces dominantes.

6. Método según la reivindicación 4, en el que se determina que el parámetro de parametrización que presenta el valor máximo representa al haz dominante.

7. Método según la reivindicación 1, en el que dichas características se basan en una descomposición en autovalores o matricial de la matriz de correlación promediada a largo plazo o la matriz de correlación a corto plazo que se basa en diversas matrices de canales instantáneos de las respuestas impulsionales de canal correspondientes a la pluralidad de canales.

8. Método según la reivindicación 7, en el que se determina que el autohaz que presenta el autovalor máximo representa al haz dominante.

9. Método según la reivindicación 1, en el que dichas características se basan en un análisis de componentes independientes de dichas realizaciones de canales, o matriz de canales, o matriz de correlación de canales que produzca una indicación de potencia relativa por cada haz.

10. Método según la reivindicación 1, en el que se realizan estimaciones adaptativas de dichas características a partir de señales recibidas.

11. Método según la reivindicación 9, en el que se determina que el haz correspondiente al indicador de potencia relativa que indica la mayor potencia relativa representa al haz dominante.

12. Método según la reivindicación 1 ó 2, en el que a dicha información de control para dicho haz del cual se ha determinado que es el dominante se le asigna una resolución de cuantificación predeterminada.

13. Método según la reivindicación 1 ó 2, en el que dicho segundo transceptor (UE) determina la resolución de cuantificación a asignar a dicho haz que se ha determinado como dominante.

14. Método según la reivindicación 1, 2, ó 12, en el que a dicha información de control para dicho haz o haces que se han determinado como dominantes se le asigna una constelación de resoluciones de cuantificación 8-PSK, y a la información de control para los restantes haces menos dominantes se le asigna una constelación de resoluciones de cuantificación QPSK ó BPSK.

15. Método según la reivindicación 13, en el que a dicha información de control para dicho haz que se ha determinado como dominante se le asigna una constelación de resoluciones de cuantificación 8-PSK ó QPSK, y a la información de control para los restantes haces menos dominantes se le asigna respectivamente una constelación de resoluciones de cuantificación QPSK ó BPSK, ó BPSK.

16. Dispositivo transceptor (UE), adaptado para ser usado en un método de señalización de bucle cerrado para controlar múltiples haces de transmisión, comprendiendo dicho dispositivo transceptor

-: unos medios de recepción adaptados para recibir una pluralidad de por lo menos dos haces desde otro transceptor (Nodo_B) a través de una pluralidad de canales de transmisión,

-: unos medios de evaluación adaptados para evaluar características de dicha pluralidad de haces,

-: unos medios de determinación adaptados para determinar por lo menos un haz dominante usando dicha característica,

-: unos medios de obtención adaptados para obtener información de control con vistas a ser realimentada desde dicho dispositivo transceptor (UE) hacia dicho otro transceptor (Nodo_B), basándose en dichas características evaluadas, en el que

-: a dicha información de control para características dominantes se le asigna una resolución de cuantificación diferente en comparación con un haz menos dominante (S25, S26, S27).

17. Dispositivo transceptor según la reivindicación 16, adaptado para ser usado en un método de señalización de bucle cerrado con vistas a controlar múltiples haces de transmisión según cualquiera de las reivindicaciones anteriores 2 a 15.