Procedimiento y dispositivo para demodular señales que provienen de múltiples usuarios.

Dispositivo de ecualización y de decodificación de señales digitales de K usuarios,

que comprende K módulos,cada módulo comprendiendo un ecualizador conectado a un decodificador, en el cual:

· un ecualizador de rango k (11 k) está conectado a varios decodificadores (12 k) de rango inferior a entre 1 yk-1, y un ecualizador (11 k) de rango k recibe los símbolos útiles procedentes de los diferentesdecodificadores (121..., 12 k);

· un ecualizador comprende dos bloques (20) y (21), el primer bloque (20) recibe al menos la señal que hayque demodular del usuario k y las estimadas de los símbolos asociados a los usuarios 1 a k-1 procedentes deal menos uno de los decodificadores de rango (k-1) y el segundo bloque (21) está adaptado para eliminar lacontribución de los símbolos pasados ya demodulados;

· el primer bloque (20) recibe en un ésima iteración, al menos la señal del usuario k que hay que demodular,al menos las estimadas de los símbolos asociados a los usuarios 1 a k-1 que corresponden a la ésimaiteración y las estimadas de los símbolos de los usuarios k+1 a K que se obtienen en la (i-1)ésima iteración yel segundo bloque (21) las estimadas de los símbolos del usuario k que se obtienen en la (i-1)ésima iteración,y que se caracteriza

· porque comprende un dispositivo adaptado para determinar un criterio para ordenar los usuarios antes detransmitir las señales al módulo de ecualización y de decodificación, el criterio teniendo en cuenta la potenciadel usuario k, así como las interferencias entre símbolos para el propio usuario k y los demás usuarios.

Procedimiento y dispositivo para demodular señales que provienen de múltiples usuarios

La invención se refiere a un procedimiento y a un dispositivo de ecualización y de decodificación de señales digitales que provienen de varios usuarios.

La invención se aplica en un contexto CDMA (abreviatura de code division multiple access) con codificación de canal.

Esta se aplica en particular para los sistemas de radio móviles de tercera generación.

En transmisión digital, un receptor puede verse como una sucesión de varias funciones elementales que realizan, cada una, un tratamiento específico como el filtrado, la demodulación, la ecualización, la decodificación, etc.

La técnica CDMA es una técnica de acceso múltiple que estará en la base de los sistemas de radio móviles de tercera generación.

Esta técnica está basada en el principio del ensanchamiento de espectro: la transmisión se realiza con un flujo mucho más elevado de lo que es necesario para cada usuario, multiplicando los símbolos útiles mediante unas secuencias de símbolos de banda ancha denominadas « secuencias de ensanchamiento ».

Todas las transmisiones se realizan a continuación en la misma frecuencia y en los mismos instantes, la separación entre los usuarios obteniéndose mediante unas secuencias de ensanchamiento diferentes.

En las primeras versiones de sistemas CDMA, la demodulación se realiza usuario por usuario. La operación de « desensanchamiento » que consiste en multiplicar de nuevo la señal recibida por la secuencia de ensanchamiento permite devolver a la señal a su banda útil original, mientras que las señales de los otros usuarios se mantienen ensanchadas; estos « otros usuarios » se ven como un nivel de ruido y la ganancia de tratamiento, denominada « ganancia de ensanchamiento » es igual a la relación entre el flujo útil y el flujo de transmisión. Es esta ganancia de tratamiento lo que permite que varios usuarios cohabiten en la misma banda.

Algunas técnicas más recientes intentan demodular todos los usuarios de forma conjunta, considerando las señales que provienen de los otros usuarios de otro modo que como ruido. Estas técnicas, aunque a menudo más complejas, mejoran de manera considerable los resultados con relación a la técnica estándar y, en particular, estas permiten resolver el efecto conocido por la expresión « near-far effect » principal inconveniente que se deriva del hecho de que, si todos los móviles emiten a la misma potencia, un emisor próximo a la estación de base se apropia para sí solo de la casi totalidad de la capacidad de acceso múltiple en la célula impidiendo que los otros comuniquen. Para evitar esto, los sistemas clásicos necesitan un control de potencia eficaz en cada emisor para que las señales se reciban con la misma potencia en la estación de base.

Se conocen diferentes técnicas de decodificación de la técnica anterior.

Por ejemplo, los turbo-códigos son unos eficaces códigos correctores de errores. La versión básica utiliza dos códigos convolucionales simples de los cuales uno recibe los datos que hay que emitir y el otro los datos pasados por un entrelazador. A continuación las salidas de estos dos códigos se multiplexan. En la recepción, se itera un determinado número de veces entre la decodificación del primero y del segundo código, cada decodificación suministrando unas informaciones ponderadas sobre los bits útiles para la decodificación siguiente. Las decodificaciones sucesivas mejoran el conocimiento que se tiene de los bits que hay que determinar. Este procedimiento iterativo permite alcanzar, con unas decodificaciones elementales muy simples, unos resultados que se consiguen con códigos mucho más complejos.

En la turbo-ecualización o turbo-detección, se retoma el principio de tratamiento iterativo utilizando un ecualizador y un decodificador separados por un entrelazador. Este principio se aplica a la demodulación en un canal selectivo en frecuencia que necesita como primera etapa de tratamiento un ecualizador. Mediante la iteración entre unas etapas de ecualización y unas etapas de decodificación, el ecualizador se beneficia de informaciones ligadas al código corrector de errores a las que normalmente no tiene acceso. De este modo se intentan conseguir los rendimientos de la decodificación conjunta óptima aplicando la ecualización más el código corrector, que se muestra demasiado complejo de aplicar por la presencia del entrelazador.

El turbo-CDMA aplica el principio « turbo » a las transmisiones CDMA codificadas. Se realizan varias iteraciones entre un demodulador multiusuario y un decodificador corrector de errores.

Ya se han propuesto diferentes estructuras para mejorar la recepción de las señales.

La patente FR 95/01603 da a conocer una estructura de ecualización y de decodificación conjuntas con iteración en la recepción. No obstante, está limitado a un monousuario. El ecualizador utilizado es un ecualizador MAP (abreviatura de Maximum a Posteriori) habitual en el campo técnico de los turbo-códigos o de los turbo-ecualizadores.

La patente FR 2.763.978 describe un receptor en el que la ecualización se realiza de la siguiente manera: para la primera iteración se utiliza un ecualizador lineal y a continuación un anulador de interferencia para las siguientes. Aunque esta estructura se muestra menos compleja que la que se describe en la patente FR 95/01603, sin embargo no permite trabajar en unas condiciones óptimas.

Otros documentos, por ejemplo:

• el artículo de P. D. Alexander, M. C. Reed, J. A. Asenstorfer, C. B. Schlegel, « Iterative multiuser interference reduction: Turbo CDMA », IEEE Trans. Comm., vol. 47, nº. 7, págs. 1.008-1.014, julio de 1999, o también

• el artículo de J. Hagenauer, « The Turbo principle: Tutorial introduction and state if the art », Int. Symp. on Turbocodes, Brest, 1997, págs. 1-11,

describen unas estructuras de receptores turbo-CDMA basados en unos ecualizadores MAP. Estos receptores son unas extensiones en el Turbo-detector multiusuario. Los tratamientos se realizan en paralelo y de manera fija para cada usuario, en efecto, en cada iteración los tratamientos utilizan los resultados de la iteración anterior.

El documento de X. Wang y H. V. Poor que tiene por título « Iterative (turbo) soft interference cancellation and decoding for coded CDMA », IEEE Trans. Comm., vol. 47, nº. 7, págs. 1.046-1.061, julio de 1999, da a conocer un

principio de receptor turbo-CDMA con anulación de interferencia a base de filtros. Este ecualizador contiene una generalización del anulador de interferencia que se utiliza en turbo-ecualización multiusuario, seguido de un filtrado de Wiener. El principio implica una cierta complejidad ya que precisa la inversión de un matriz en cada nuevo símbolo que hay que tratar.

El artículo de Duel-Hallen "A family of multi-user decision feedback detection for asynchronous code-division

multiple-access channels », IEEE transactions on communications, US, IEEE inc. New-York, vol. 42, n°. 2/04, pa rte 01, 1 de febrero de 1995, da a conocer unos receptores de flujo continuo, en forma de ecualizadores con decisión realimentada. El principio consiste en eliminar la interferencia de los símbolos pasados ya determinados, de acuerdo con un método utilizado en un DFE ordinario, y trabajando con varios usuarios. Se puede utilizar en el instante n, las decisiones sobre los usuarios ya tratados en el instante n.

Por último el artículo de A. Klein, G. Kawas Kaleh, P. W. Baier, «Zéro forcing and minimum mean-square-error equalization for multiuser detection in CDMA channels», IEEE Trans. on Veh. Tech., vol. 45, nº. 2, págs. 276-287, marzo de 1996, da a conocer unas estructuras de ecualizadores multiusuarios sin la decodificación correctora de errores.

El principio de la invención es proporcionar una nueva estructura que se implanta, en particular, en un sistema

turbo-CDMA. La idea es demodular los usuarios unos después de otros, una demodulación estando seguida de una decodificación de errores. Al término de una iteración para un usuario dado, que corresponde a una ecualización y a una decodificación sobre los símbolos del usuario, se dispone de una información fiable sobre los símbolos del usuario en cuestión.... [Seguir leyendo]

1. Dispositivo de ecualización y de decodificación de señales digitales de K usuarios, que comprende K módulos, cada módulo comprendiendo un ecualizador conectado a un decodificador, en el cual:

• un ecualizador de rango k (11 k) está conectado a varios decodificadores (12 k) de rango inferior a entre 1 y k-1, y un ecualizador (11 k) de rango k recibe los símbolos útiles procedentes de los diferentes decodificadores (121…, 12 k) ;

• un ecualizador comprende dos bloques (20) y (21) , el primer bloque (20) recibe al menos la señal que hay que demodular del usuario k y las estimadas de los símbolos asociados a los usuarios 1 a k-1 procedentes de al menos uno de los decodificadores de rango (k-1) y el segundo bloque (21) está adaptado para eliminar la contribución de los símbolos pasados ya demodulados;

• el primer bloque (20) recibe en un ésima iteración, al menos la señal del usuario k que hay que demodular, al menos las estimadas de los símbolos asociados a los usuarios 1 a k-1 que corresponden a la ésima iteración y las estimadas de los símbolos de los usuarios k+1 a K que se obtienen en la (i-1) ésima iteración y el segundo bloque (21) las estimadas de los símbolos del usuario k que se obtienen en la (i-1) ésima iteración, y que se caracteriza

• porque comprende un dispositivo adaptado para determinar un criterio para ordenar los usuarios antes de transmitir las señales al módulo de ecualización y de decodificación, el criterio teniendo en cuenta la potencia del usuario k, así como las interferencias entre símbolos para el propio usuario k y los demás usuarios.

2. Procedimiento de ecualización y de decodificación de señales digitales de K usuarios en un receptor que comprende varios módulos que comprenden cada uno al menos un ecualizador seguido de un decodificador, que comprende al menos las etapas siguientes:

a) en la iteración 1, para el usuario de índice 1 transmitir la señal que hay que demodular a un ecualizador de rango 1 y a continuación a un decodificador de rango 1 con el fin de obtener unos símbolos modulados estimados del usuario k, y b) para los usuarios k con un índice distinto de 1, transmitir la señal que hay que demodular a un ecualizador de rango k que recibe también los diferentes símbolos modulados estimados procedentes de al menos uno de los decodificadores de rango (k-1) , y el procedimiento comprendiendo

varias iteraciones y para una iteración distinta de la primera iteración, la etapa b) consiste durante una ésima iteración en transmitir a un primer bloque del ecualizador de rango k los símbolos del usuario k que hay que demodular, las estimadas de los símbolos de los usuarios 1 a k-1 que se obtienen durante la ésima iteración y las estimadas de los símbolos de los usuarios k+1 a K que se obtienen durante la (i-1) ésima iteración y a un segundo bloque del ecualizador las estimadas de los símbolos del usuario k procedentes de la (i-1) ésima iteración, y que se caracteriza porque el procedimiento comprende:

una etapa en la que se ordenan los usuarios k antes de tratarlos de acuerdo con un criterio que tiene en cuenta la potencia ligada al usuario k corregida de la contribución de las interferencias entre símbolos ligado a sí mismo y a los demás usuarios.

3. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 2 que se caracteriza porque el criterio para ordenar los usuarios se determina de la manera siguiente:

en la que hkl designa la elésima columna de una matriz Hk construida a partir del vector que contiene las muestras de la señal del usuario k, n el índice temporal del símbolo codificado.

4. Uso del dispositivo de acuerdo con la reivindicación 1 y del procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 2 a 3 para demodular una señal en un acceso múltiple con distribución espacial y/o una distribución mediante códigos de tipo CDMA.