Generación y procesamiento de señales CDMA.

Un método para generar una señal de CDMA s(t) que comprende N componentes, en donde el método comprende las etapas de

asignar a cada una de las N componentes una secuencia de dispersión única an seleccionada de entre un conjunto de M secuencias de dispersión con M≥N y modular los símbolos dn de cada componente en la secuencia de dispersión única asignada an

(S10), y

combinar los N símbolos dn con cada uno disperso con su propia secuencia de dispersión única asignada an para una señal de CDMA s(t) (S12), en donde las secuencias de dispersión

asignadas an se seleccionan de modo que todos los pares seleccionados dentro del conjunto de N secuencias de dispersión sean ortogonales o casi ortogonales de modo que las componentes de correlación cruzada entre todas las secuencias de dispersión an estén próximas a cero o sean cero: Rak,an, (Δπ) ≅ 0 con la expresión para la correlación cruzada siendo y**Fórmula**

caracterizado por cuanto que los símbolos dn de las componentes se seleccionan de modo que y E1uE2≥[1,2,..,k,..,N],

en donde Cst se define como una constante, en donde E1 contiene N1 índices enteros distintos, E2 contiene N2 índices enteros distintos, siendo también distintos para los N1 índices con N1+N2≥N, y en donde j1 y j2 corresponden a dos índices para dos épocas de código de duración Tint correspondiente al periodo de símbolo Tsymbol y en donde todas las componentes moduladas tienen la misma duración de símbolo.

Tipo: Patente Europea. Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: E12006039.

Solicitante: Airbus DS GmbH.

Inventor/es: SOUALLE,FRANCIS, FLOCH,JEAN-JACQUES, MATTOS,PHILIP G.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • SECCION H — ELECTRICIDAD > TECNICA DE LAS COMUNICACIONES ELECTRICAS > COMUNICACIONES MULTIPLEX (peculiar de la transmisión... > H04J13/00 (Sistemas de multiplexación por división de código (para salto de frecuencia H04B 1/713))
  • SECCION H — ELECTRICIDAD > TECNICA DE LAS COMUNICACIONES ELECTRICAS > TRANSMISION > Detalles de los sistemas de transmision, no cubiertos... > H04B1/7103 (siendo las interferencias interferencias de múltiple acceso)
  • SECCION H — ELECTRICIDAD > TECNICA DE LAS COMUNICACIONES ELECTRICAS > COMUNICACIONES MULTIPLEX (peculiar de la transmisión... > Sistemas de multiplexación por división de código... > H04J13/18 (Asignación de códigos ortogonales)

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Fragmento de la descripción:

Generación y procesamiento de señales CDMA CAMPO TÉCNICO

Esta invención se refiere a un método para generar una señal de CDMA (Acceso Múltiple por División de Código) según la reivindicación 1, un método para procesar una señal CDMA según la reivindicación 8, un generador de señales CDMA según la reivindicación 13 y un procesador de señales CDMA según la reivindicación 15.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

CDMA (Acceso Múltiple por División de Código) es una tecnología para el acceso de canal de transmisión, que permite una transmisión simultánea de varias señales dentro de la misma banda de frecuencias. CDMA se utiliza en comunicaciones móviles y en transmisiones vía satélite, a modo de ejemplo, para transmitir flujos de datos de carga útil diferentes en la misma gama de frecuencias desde satélites de un Sistema de Satélites de Navegación Global (GNSS) tal como NAVSTAR-GPS o el sistema GNSS europeo planificado denominado GALILEO para los usuarios. CDMA se utiliza también para redes de telecomunicaciones terrestres, a modo de ejemplo, en redes de comunicaciones móviles de la tercera generación.

El término de señal CDMA, tal como aquí se utiliza, designa una señal modulada en código, esto es, una señal cuyos símbolos se modulan con una secuencia de dispersión o un código de dispersión, que se transmite desde un transmisor, tal como un satélite de GNSS a un receptor tal como el sistema de posicionamiento GNSS. A modo de ejemplo, en (NAVSTAR-) GPS para cada satélite se asignan un código C/A (acceso aproximado) único y un código P (precisión) único como códigos de dispersión para generar y transmitir señales CDMA. Cuando varias señales moduladas en código se transmiten en la misma portadora, la señal agregada correspondiente se denomina señal CDMA multiplexada o indexada. Cada señal CÓMA elemental que constituye la señal CDMA multiplexada se denomina una componente.

Las funciones de adquisición, seguimiento y demodulación de datos de señales CDMA multiplexadas requieren algoritmos de procesamiento de señales sofisticados, que sean capaces de extraer los datos contenidos en una señal CDMA recibida sin producirse una pérdida de información. Un factor crítico en los sistemas CDMA es el denominado ruido térmico, que es uno de los motivos principales para las degradaciones del rendimiento. El ruido térmico se suele incurrir por el canal de transmisión y los elementos activos del extremo frontal del receptor.

El documento WO 2006/063613 A1 da a conocer un método según el preámbulo de la reivindicación 1, esto es, un método para generar una señal CDMA s(t) que comprende N componentes, con una secuencia de dispersión única an por componente, que comprende: la dispersión de los símbolos dn con la secuencia an y la combinación de los N símbolos de dispersión para una señal CDMA s(t), siendo las secuencias ortogonales o muy próximas a ser ortogonales (ecuación (2)).

SUMARIO DE LA INVENCIÓN

Es un objetivo de la invención mejorar los rendimientos para las funciones de adquisición, seguimiento o demodulación de datos de las señales CDMA.

Este objetivo se consigue mediante lo establecido en las reivindicaciones Independientes. Otras formas de realización se ilustran mediante las reivindicaciones subordinadas.

Una ¡dea básica subyacente en la presente invención es restringir la selección de símbolos utilizados para diferentes componentes de una señal CDMA con el fin de mejorar los rendimientos para las funciones de adquisición, seguimiento o demodulación de datos de esa señal.

Los símbolos que pertenecen a componentes y una señal CDMA pueden comprender vahos componentes. N designa el número de componentes. Una componente es comparable con un canal que transmite su propia información por medio de los símbolos de la componente. En cada instante y para cada componente de la señal CDMA se asigna una secuencia de dispersión única, que se utiliza para la modulación de los símbolos de la componente respectiva. Esta secuencia es diferente para cada componente que permite discriminar o aislar esta componente con respecto a las demás N-1 componentes. Según una forma de realización de la Invención, en el transcurso del tiempo, la secuencia de dispersión utilizada para codificar el símbolo de una componente dada puede cambiarse, en tanto que sea diferente de las demás secuencias utilizadas para la modulación de los símbolos de las demás componentes y que el receptor conozca la planificación de cambios de la secuencia de dispersión con el fin de tener acceso siempre a los símbolos deseados. En tal caso, una agolpamiento de M secuencias, con MSN, puede utilizarse para modular los símbolos de N componentes en el transcurso del tiempo. Varias componentes pueden transmitir Información diferente con la misma señal CDMA. A modo de ejemplo, un satélite de GNSS, que genera y transmite una señal CDMA según la invención, puede utilizar diferentes componentes para transmitir

información relacionada con diferentes servicios de GNSS a los receptores de GNSS. Un receptor de GNSS puede, entonces, efectuar la adquisición, seguimiento y demodulación de la información transmitida con las diferentes componentes de la señal CDMA recibida utilizando el respectivo código o secuencia de dispersión.

Introduciendo una limitación sobre los símbolos transmitidos, la invención permite mejorar los rendimientos para las funciones de adquisición, seguimiento o demodulación de datos de señales CDMA, reduciendo los efectos del ruido térmico, que son uno de los principales motivos para las degradaciones del rendimiento. Para conseguir este objetivo, la ortogonalidad entre las diferentes secuencias de dispersión y las propiedades estocástlcas del ruido térmico aditivo se utilizan para atenuar los efectos correspondientes en las salidas del detector (para adquisición) y en el discñminador (para las funciones de seguimiento y demodulación. La estructura de la señal y los algoritmos relacionados pueden adaptarse en conformidad con el rendimiento objetivo y el tipo de aplicación (p.e., aplicaciones que requieren una adquisición rápida pero una tasa binaria de errores baja o que requieren una gran tasa de transmisión de datos con baja tasa binaria de errores). A modo de ejemplo, esta invención permite la creación de servicios tales como, a modo de ejemplo, en interiores con el estado actual de la técnica para el diseño de receptores, sin necesidad de aumentar la complejidad y los costes de estos receptores. Además, la señal CDMA puede tener una envolvente constante (a modo de ejemplo, uso de Modulación por Desplazamiento de Fase Múltiple, M-PSK) o no (a modo de ejemplo, uso de la Modulación de Amplitud en Cuadratura, QAM).

La limitación sobre los símbolos transmitidos define que los símbolos de las componentes se seleccionen para satisfacer una condición predefinida, a modo de ejemplo, que el producto de todos los símbolos, para cada Instancia de tiempo, sea un valor constante a través de un determinado periodo de tiempo en el supuesto de que todas las componentes moduladas tengan la misma duración de símbolo. A modo de ejemplo, si se utilizan símbolos binarlos con valores +1 o -1, la limitación puede definir que el producto de todos los símbolos para cada Instancia de tiempo sea +1 o-1, por convenio, durante un periodo de tiempo determinado.

Una forma de realización de la invención se refiere a un método para generar una señal CDMA s(t) que comprende N componentes, en donde el método comprende las etapas de:

asignar a cada una de las N componentes una secuencia de dispersión única an seleccionada a partir de un conjunto de M secuencias de dispersión con MSN, a modo de ejemplo, una secuencia PRN (ruido pseudo-aleatorlo)... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Un método para generar una señal de CDMA s(t) que comprende N componentes, en donde el método comprende las etapas de

asignar a cada una de las N componentes una secuencia de dispersión única an seleccionada de entre un conjunto de M secuencias de dispersión con MSN y modular los símbolos dn de cada componente en la secuencia de dispersión única asignada an (S10), y

combinar los N símbolos dn con cada uno disperso con su propia secuencia de dispersión única asignada an para una señal de CDMA s(t) (S12),

en donde las secuencias de dispersión asignadas an se seleccionan de modo que todos los pares seleccionados dentro del conjunto de N secuencias de dispersión sean ortogonales o casi ortogonales de modo que las componentes de correlación cruzada entre todas las secuencias de dispersión an estén próximas a cero o sean cero:

j ^int

Rak,a(^T) = jak(t)a(t-AT)dt,

Rak,an, (At) = 0 con la expresión para la correlación cruzada siendo int 0 y

caracterizado por cuanto que los símbolos dn

de las componentes se seleccionan de modo

que

EKOi)'

wjeEj

` Y\dn2 0'2)

."2eE2

/~*St

> = C

y

EiUE2=[1, 2,A/],

en donde Cst se define como una constante, en donde E1 contiene Ni índices enteros distintos, E2 contiene N2 índices enteros distintos, siendo también distintos para los Ni índices con Ni+N2=N, y en donde ji y j2 corresponden a dos índices para dos épocas de código de duración T¡nt correspondiente al periodo de símbolo Tsymboi y

en donde todas las componentes moduladas tienen la misma duración de símbolo.

2. El método según la reivindicación 1, en donde ji = j2 = j y los N símbolos dn(j) de las componentes se

( N ^

n dnU)

= c

st

seleccionan de modo que la condición se haga 1 ' en donde Cst designa una constante que es +1 o

-1 para símbolos binarios.

3. El método según la reivindicación 1 o 2, en donde se proporciona un número par N de secuencias de dispersión an, en donde N/(2xK) símbolos dn(j) han de transmitirse y cada símbolo está modulado siempre en (2*K)

(N \

YldnU)

= 1,

secuencias de dispersión diferentes de modo que

en donde K = 1,2, 3,.... y K es divisible N/2.

4. El método según la reivindicación 1 o 2, en donde se proporciona un número N de secuencias de dispersión an y uno de los N símbolos dn(j), tomado durante la misma época j, transmite un símbolo "ficticio" dq(j) de tal manera que su valor es proporcional al producto de los N-1 otros símbolos:

/ x

( N >

n dnÜ)

v«=) J

N

UdnU)

«=1

da{t) = C

st

dqU) = Cst!

f >

/ \

N

N

n dnU)

= cst

ÍKío

>1=1

>1=1

\n*<! J

en donde Cst es una constante con el valor +1 o -1 por convenio.

5. El método según la reivindicación 1 en donde se proporciona un número par de N secuencias de dispersión an y el producto de una mitad de los N símbolos, tomados en la época j, con otra mitad de los N símbolos tomados en la siguiente época (j+1) es una constante:

FK o)

/i2eE2

= Cst

y EiUE2=[1,2,.N], en donde Cst se define como una constante, en donde Ei contiene N-fN/2 índices distintos y E2 contiene N2=N/2 índices distintos, siendo también distintos de los Ni índices.

6. El método según cualquiera de las reivindicaciones precedentes que comprende, además, la etapa de convertir en sentido ascendente la señal CDMA s(t) desde una banda base a una banda de transmisión.

7. El método según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en donde después de un determinado periodo de tiempo se seleccionan nuevas secuencias de dispersión únicas an a partir del conjunto de M secuencias de dispersión, asignándose las secuencias de dispersión únicas recientemente seleccionadas an a las N componentes y los símbolos dn de cada componente se modulan en la nueva secuencia de dispersión única asignada an.

8. Un método para procesar una señal de CDMA r(t), que se genera con un método según cualquiera de las reivindicaciones precedentes y en donde el método para el procesamiento comprende las etapas siguientes:

la recepción de una señal CDMA r(t) (S20) durante un periodo igual a J+Q periodos de códigos de dispersión que corresponden a J+Q épocas de códigos de dispersión,

en correlación con la señal CDMA r(t) para la época de código de dispersión del índice ji con cada una de las Ni secuencias de dispersión y la obtención para cada una de las Ni correlaciones complejas de una componente en fase AkjnGi) y una componente en cuadratura Ak,QUadGi), (S22),

la correlación de la señal CDMA r(t) para la época de código de dispersión del índice j2, en donde j2=ji+Q, con cada una de las N2 secuencias de dispersión y la obtención para cada una de las N2 correlaciones complejas, de una componente en fase Ak,inG2) y una componente en cuadratura Ak,QUadG2), (S22),

la multiplicación de las N = N1+N2 componentes en fase Ak,inGi) y Ak,in(j2) para obtener una salida de las N componentes en fase AignGi) y Ak,inÜ2) (S24),

la multiplicación de las N = N1+N2 componentes en cuadratura AkQUadGi) y AkQuadG2) para obtener una salida de las N componentes en cuadratura AkQUadGi) y AkQUadG2) (S26), y

la adición del producto de las N componentes en fase multiplicadas AkinGi) y y el producto de las N

componentes en cuadratura multiplicadas AkQUad(ji) Y AkQUadG2) para obtener una salida de detector DnG2) correspondiente a la época de código de dispersión j2 (S28), y

la repetición de las etapas precedentes para la determinación de J salidas de detectores DnG2) sucesivas correspondientes a J valores de índice sucesivos de j2,

la adición de J salidas de detector sucesivas DnG2) correspondientes a J correlaciones sucesivas de la señal recibida (S30)

9. El método según la reivindicación 8, en donde la recepción de una señal CDMA r(t) comprende la conversión en el sentido descendente de la señal recibida a una banda base para obtener una representación en banda base de la señal CDMA r(t).

10. El método según la reivindicación 8 o 9, en donde la correlación de la señal CDMA r(t) durante un periodo de tiempo correspondiente a la j-ésima época de código de dispersión con cada una de las secuencias de dispersión, ak con el índice k, se realiza según las ecuaciones siguientes:

N

<JPRx* dkU)Rak,ak (Ar) + ZylPRx,n dnÜ)Rak,a (A^) f x

n=1

Ak,InU) = cos(M/r¡nt - A(í?) X sinc(A/7¡nt) j 'o+O+O^int

+ \ñc{t)^ak{t-^)dt

rint

`o+jT'int

^k,Quad(J)

N

-JPRx,k dk (j)Rak ,ak (A *9 +

W=1

sin(^A/7]nt - A<p) x s¡nc(A/Tint) <o+(y'+9'^¡nt

+

`int

\ñs{t)y.ak(t-&T)dt

/o+y'7int

en donde

k representa el índice de la componente deseada para la que se calculan ambas correlaciones Ak,in(j) Y Ak,Quad(j),

j es el índice del j-ésimo periodo de tiempo o época con una duración igual al periodo de código de dispersión o de forma equivalente para el símbolo, para el que se calculan ambas correlaciones Ak,¡n y AkQUad,

t es la variable de tiempo que pertenece al Intervalo de tiempo t0+j T¡nt ^ t < t0+(j+1 ) T¡nt y t0 es un origen de tiempo arbitrario,

PRx,n representa la potencia recibida de cada componente de señal de índice n,

At representa el desplazamiento de código entre la señal réplica y la señal recibida,

A<|> representa el desplazamiento de fase entre la señal réplica y la señal recibida,

Af representa el desplazamiento de frecuencla-Doppler, entre la señal réplica y la señal recibida,

Rak.ak (At) representa la función de auto-correlación entre el código ak y el código ak con la expresión para la función

^ínt

Rak,ak^T)^ jak(t)ak(t-AT)dt,

de auto-correlación siendo

`mt 0

Rakan (At) representa la función de correlación cruzada entre el código ak y el código an con la expresión para la

I 7¡nt

Rak,an{^)= \ak(t)an(t - Ar)dt,

función de correlación cruzada siendo

`int

T¡nt es el tiempo de integración coherente igual a la duración del símbolo, Tsymboi, o el periodo del código de dispersión,

ñc{t) y ñs{t) representan las componentes en fase y en cuadratura del ruido aditivo,

en donde se supone que las componentes de ruido correspondientes tienen una distribución gaussiana.

11. Un programa informático que pone en práctica un método según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7 o 8 a 10.

12. Un soporte de registro que memoriza un programa informático según la reivindicación 11.

13. Un generador de señal CDMA (10) que comprende

medios de asignación y de modulación (16) para asignar a cada una de las N componentes (14) una secuencia de dispersión única an (12) seleccionada a partir de un conjunto de M secuencias de dispersión con MSN y para la modulación de los símbolos dn de cada componente en la secuencia de dispersión única asignada an, y

un medio de combinación (16) para combinar los N símbolos dn estando cada uno de ellos dispersos con su propia secuencia de dispersión única an para una señal CDMA s(t),

en donde los medios de asignación y de modulación (16) están configurados para seleccionar las secuencias de dispersión asignadas an de modo que todos los pares seleccionados dentro del conjunto de N secuencias de dispersión sean ortogonales o muy próximos a ortogonales de modo que las componentes de correlación cruzada entre todas las secuencias de dispersión an sean cero o próximas a cero: Rak,an (Át) = 0 con la expresión, para la

I Tint

Rak,a (O =

correlación cruzada siendo int 0 y

caracterizado por cuanto que el generador de señales CDMA (10) está configurado para seleccionar los símbolos dn

IKU)

I «jeEi

n nVA)í = c

[«2gE2

st

de las componentes de modo que. ) y EiUE2=[1 ,2,.A/], en donde C se

define como una constante, en donde Ei contiene Ni índices enteros distintos, E2 contiene N2 índices enteros distintos, siendo también distintos para los Ni índices con Ni+N2=N y en donde ji y j2 corresponden a dos índices para dos épocas de código de duración T¡nt correspondientes al periodo de símbolo Tsymboi, y

en donde todas las componentes moduladas tienen la misma duración de símbolo.

14. El generador según la reivindicación 13, que comprende, además

una memoria que memoriza un programa informático según la reivindicación 11 que pone en práctica un método según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7 y

un procesador que está configurado por el programa informático memorizado para generar una señal CDMA s(t).

15. Un procesador de señales CDMA (20) que comprende

un receptor (22) para recibir una señal CDMA r(t) a través de una duración igual a J+Q periodos de códigos de dispersión, que corresponde a J+Q épocas de código de dispersión,

al menos un correlador (24, 26) para establecer la correlación de la señal CDMA r(t) para la época de código de dispersión del índice ji con cada una de las Ni secuencias de dispersión y para obtener para cada una de las Ni correlaciones complejas una componente en fase Ak.in(ji) y una componente en cuadratura Ak,QUad(ji) y para establecer la correlación de la señal CDMA r(t) para la época de código de dispersión de índice j2 con j2=ji+Q con cada una de las N2 secuencias de dispersión y para obtener para cada una de las N2 correlaciones complejas una componente en fase Ak,in(j2) y una componente en cuadratura Ák.Quadfe),

un primer multiplicador (28) para multiplicar las N = N1+N2 componentes en fase Ak,in(ji) y Ak,in(j2) para obtener una salida de las N componentes en fase multiplicadas Ak,in(ji) y Ak,in(j2),

un segundo multiplicador (28) para multiplicar las N = N1+N2 componentes en cuadratura Ak,QUad(ji) y Ak,QUad(¡2) para obtener una salida de las N componentes en cuadratura multiplicadas Ak,QUad(ji) y Ak,QUad(j2) y

un sumador (28) para sumar el producto de las N componentes en fase multiplicadas Ak,in(ji) y Akjnfe) y el producto

de las N componentes en cuadratura multiplicadas Ak,c¡uad(ji) y AkiQUad(¡2) para obtener una salida de detector Dnfe) correspondiente a la época de código de dispersión J2,

en donde el procesador está configurado para determinar J salidas de detector sucesivas Dn(j2) correspondientes a J 5 valores de índices sucesivos de ¡2, y

un segundo sumador (30) para sumar J salidas de detector sucesivas Dnfe) correspondientes a J correlaciones sucesivas de la señal recibida.

16. El procesador de señales CDMA según la reivindicación 15, que comprende, además

una memoria que memoriza un programa informático según la reivindicación 11 que pone en práctica un método según cualquiera de las reivindicaciones 8 a 10 y

un procesador que está configurado por el programa informático memorizado para procesar una señal CDMA r(t).