Procedimiento de codificación espacio-temporal para sistema de transmisión UWB que comprende dos elementos de radiación,

codificando dicho procedimiento un bloque de símbolos de información (S = (a1, a2, a3, a4)) pertenecientes a una constelación de modulación PPM o de modulación compuesta PPM-PAM, que presenta un número de posiciones temporales superior o igual a 3, en una secuencia de vectores (C01, C02, C11, C12), estando destinadas las componentes de un vector a modular una señal UWB de impulsos para un elemento de radiación de dicho sistema y para un intervalo de transmisión dado (Tf), caracterizado porque un primer y un segundo de dichos vectores se obtienen por medio de una primera combinación lineal de una primera y una segunda pareja de dichos símbolos y porque un tercer y un cuarto de dichos vectores se obtienen por medio de una segunda combinación lineal de dichas parejas primera y segunda de dichos símbolos, utilizando las combinaciones lineales primera y segunda coeficientes escalares (a,ß, -ß, a) cuyas respectivas relaciones son sensiblemente iguales al número áureo y a su opuesto, experimentando uno de dichos vectores además una permutación circular de sus componentes antes de modular dicha señal UWB de impulsos

Procedimiento de codificación espacio-temporal para sistema de comunicación de doble antena de tipo UWB de impulsos.

Campo técnico

La presente invención se refiere a la vez al campo de las telecomunicaciones en banda ultraancha o UWB (Ultra Wide Band) y al de los sistemas de múltiples antenas de codificación espacio-temporal o STC (Space Time Coding).

Estado de la técnica anterior

Los sistemas de telecomunicación inalámbrica de tipo de múltiples antenas se conocen ampliamente en el estado de la técnica. Estos sistemas utilizan una pluralidad de antenas en la emisión y/o la recepción y se denominan, según el tipo de configuración adoptada, MIMO (Multiple Input Multiple Output), MISO (Multiple Input Single Output) o SIMO (Single Input Multiple Output). En lo sucesivo se empleará el mismo término MIMO para cubrir las variantes MIMO y MISO mencionadas anteriormente. El aprovechamiento de la diversidad espacial en la emisión y/o la recepción permite, en estos sistemas, ofrecer capacidades de canal claramente superiores a las de los sistemas de una única antena clásicos (o SISO por Single Input Single Output). Esta diversidad espacial se completa generalmente mediante una diversidad temporal por medio de una codificación espacio-temporal. En una codificación de este tipo, un símbolo de información que va a transmitirse se codifica sobre varias antenas y varios instantes de transmisión. Se conocen dos grandes categorías de sistemas MIMO con codificación espacio-temporal: los sistemas de codificación reticular o STTC (Space Time Trellis Coding) y los sistemas de codificación por bloques o STBC (Space Time Block Coding). En un sistema de codificación reticular, el codificador espacio-temporal puede verse como una máquina de estados finitos que proporciona P símbolos de transmisión a las P antenas en función del estado actual y del símbolo de información que va a codificarse. La decodificación en la recepción se realiza mediante un algoritmo de Viterbi multidimensional cuya complejidad aumenta de manera exponencial en función del número de estados. En un sistema de codificación por bloques, un bloque de símbolos de información que va a transmitirse se codifica en una matriz de símbolos de transmisión, correspondiendo una dimensión de la matriz al número de antenas y correspondiendo la otra a los instantes consecutivos de transmisión.

La figura 1 representa esquemáticamente un sistema 100 de transmisión MIMO con codificación STBC. Un bloque de símbolos de información S = (a₁, ..., a_b), por ejemplo una palabra binaria de b bits o más generalmente de b símbolos M-arios, se codifica en una matriz espacio-temporal:

donde los coeficientes c_1,p, t = 1, ..., T; p = 1, ..., P del código son por regla general coeficientes complejos que depende de los símbolos de información, P es el número de antenas utilizadas en la emisión, T es un entero que indica la extensión temporal del código, es decir, el número de instantes de utilización del canal o PCU (Per Channel Use).

La función f que en todo vector S de símbolos de información hace corresponder la palabra de código espacio-temporal C se denomina función de codificación. Si la función f es lineal se dice que el código espacio-temporal es lineal. Si los coeficientes c_1-p son reales, el código espacio-temporal se dice que es real.

En la figura 1, se ha designado con 110 a un codificador espacio-temporal. En cada instante de utilización de canal t, el codificador proporciona al multiplexor 120 el t-ésimo vector línea de la matriz C. El multiplexor transmite a los moduladores 130₁, ..., 130_P los coeficientes del vector línea y las señales moduladas se transmiten por las antenas 140₁, ..., 140_P.

El código espacio-temporal se caracteriza por su tasa de transmisión, es decir, por el número de símbolos de información que transmite por instante de utilización de canal (PCU). El código se dice que está a una tasa de transmisión completa si es P veces más elevado que la tasa de transmisión relativa a una utilización de una única antena (SISO).

El código espacio-temporal se caracteriza además por su diversidad que puede definirse como el rango de la matriz C. Se tendrá una diversidad máxima si para dos palabras de código C₁ y C₂ cualesquiera correspondientes a dos vectores S₁ y S₂, la matriz C₁-C₂ es de rango completo.

El código espacio-temporal se caracteriza por último por su ganancia de codificación que traduce la distancia mínima entre diferentes palabras del código. Puede definirse como:

o, de manera equivalente, para un código lineal:

donde det(C) significa el determinante de C y C^H es la matriz conjugada traspuesta de C. Para una energía de transmisión por símbolo de información, la ganancia de codificación está limitada.

Un código espacio-temporal será tanto más resistente al desvanecimiento cuanto más elevada sea su ganancia de codificación.

Un ejemplo de codificación espacio-temporal para un sistema MIMO de dos antenas de transmisión se ha propuesto en el artículo de J-C Belfiore et al. titulado "The Golden code: a 2x2 full-rate space-time code with non-vanishing determinants" publicado en IEEE Transactions on Information Theory, vol. 51, N.º 4, páginas 1432-1436, abril de 2005.

El código propuesto, denominado código áureo, se basa en una doble extensión algebraica K del cuerpo de los números racionales Q : K = Q(i,?) donde i = sqrt{-1} es la raíz del polinomio X²+1 y ? es el número áureo ? = frac{1 + sqrt{5}}{2}, raíz del polinomio X²-X-1. El código áureo puede representarse por la matriz siguiente:

donde S = (a₁, a₂, a₃, a₄) es un vector de símbolos de información. a₁, a₂, a₃, a₄ son símbolos complejos de una constelación 2^b-QAM, subconjunto de Z[i] donde Z es el anillo de los enteros. ?₁ = frac{1 - sqrt{5}}{2} es la raíz conjugada de ?, a = 1+i(1-?) y a₁ = 1+i(1-?₁).

El código áureo presenta la ventaja de estar en diversidad máxima y a tasa de transmisión completa en el sentido definido anteriormente. Además, presenta la ganancia de codificación más elevada que se haya podido obtener hasta ahora.

Otro campo de las telecomunicaciones es objeto actualmente de investigaciones considerables. Se trata de los sistemas de telecomunicación UWB, previstos especialmente para el desarrollo de las futuras redes personales inalámbricas (WPAN). Estos sistemas tienen como especificidad que trabajan directamente en banda de base con señales de banda muy ancha. Se entiende generalmente por señal UWB una señal conforme a la máscara espectral estipulada en la reglamentación del FCC del 14 de febrero de 2002 y revisada en marzo de 2005, es decir, esencialmente una señal en la banda espectral de 3,1 a 10,6 GHz y que presenta un ancho de banda de al menos 500 MHz a -10 dB. En la práctica, se conocen dos tipos de señales UWB, las señales multibanda OFDM (MB-OFDM) y las señales UWB de tipo de impulsos. En lo sucesivo se presta a atención únicamente a estas últimas.

Una señal UWB de impulsos está constituida por impulsos muy cortos, normalmente del orden de varias centenas de picosegundos, distribuidos en el interior de una trama. Con el fin de reducir la interferencia multiacceso (MAI por Multiple Access Interference), se...

1. Procedimiento de codificación espacio-temporal para sistema de transmisión UWB que comprende dos elementos de radiación, codificando dicho procedimiento un bloque de símbolos de información (S = (a₁, a₂, a₃, a₄)) pertenecientes a una constelación de modulación PPM o de modulación compuesta PPM-PAM, que presenta un número de posiciones temporales superior o igual a 3, en una secuencia de vectores (C^0}₁, C^0₂, C^1₁, C^1₂), estando destinadas las componentes de un vector a modular una señal UWB de impulsos para un elemento de radiación de dicho sistema y para un intervalo de transmisión dado (T_f), caracterizado porque un primer y un segundo de dichos vectores se obtienen por medio de una primera combinación lineal de una primera y una segunda pareja de dichos símbolos y porque un tercer y un cuarto de dichos vectores se obtienen por medio de una segunda combinación lineal de dichas parejas primera y segunda de dichos símbolos, utilizando las combinaciones lineales primera y segunda coeficientes escalares (tilde{a, tilde{ß}, - tilde{ß}, tilde{a}) cuyas respectivas relaciones son sensiblemente iguales al número áureo y a su opuesto, experimentando uno de dichos vectores además una permutación circular de sus componentes antes de modular dicha señal UWB de impulsos.

2. Procedimiento de codificación espacio-temporal según la reivindicación 1, caracterizado porque dicho vector que ha experimentado dicha permutación circular se somete a una inversión de una o una pluralidad de sus componentes antes de modular dicha señal UWB de impulsos.

3. Procedimiento de codificación espacio-temporal según la reivindicación 1, caracterizado porque dichos vectores se definen por las componentes bloque Mx1 de la matriz de dimensión 2Mx2:

o bien por las componentes bloque Mx1 de la matriz de dimensión 2Mx2:

o bien por las componentes bloque Mx1 de la matriz de dimensión 2Mx2:

o incluso por las componentes bloque Mx1 de la matriz de dimensión 2Mx2:

en las que a₁, a₂, a₃, a₄ son dichos símbolos de información, tilde{a}, tilde{ß} son los coeficientes escalares de dicha primera combinación lineal, - tilde{ß}, tilde{a} son los coeficientes escalares de dicha segunda combinación lineal, M es el orden de la modulación PPM y O es una matriz MxM de permutación circular, que ha experimentado o no una inversión de signo de uno o de una pluralidad de sus coeficientes (?_i).

4. Procedimiento de transmisión de una pluralidad de símbolos de información pertenecientes a una constelación de modulación PPM o de modulación compuesta PPM-PAM que presenta un número de posiciones temporales superior o igual a 3, caracterizado porque dichos símbolos de información se codifican por medio de la codificación espacio-temporal según una de las reivindicaciones anteriores para proporcionar dichos vectores primero, segundo, tercero y cuarto, modulando las componentes de cada uno de estos cuatro vectores la posición o bien la posición y la amplitud de los impulsos que componen una señal UWB de impulsos para obtener cuatro señales UWB de impulsos moduladas, transmitiéndose estas cuatro señales respectivamente mediante un primer y un segundo elementos de radiación durante un primer y un segundo intervalos de transmisión.

5. Procedimiento de transmisión según la reivindicación 4, caracterizado porque los elementos de radiación son antenas UWB.

6. Procedimiento de transmisión según la reivindicación 4, caracterizado porque los elementos de radiación son diodos láser o diodos electroluminiscentes.

7. Procedimiento según una de las reivindicaciones 4 a 6, caracterizado porque dicha señal de impulsos es una señal TH-UWB.

8. Procedimiento según una de las reivindicaciones 4 a 6, caracterizado porque dicha señal de impulsos es una señal DS-UWB.

9. Procedimiento según una de las reivindicaciones 4 a 6, caracterizado porque dicha señal de impulsos es una señal TH-DS-UWB.

10. Dispositivo de codificación espacio-temporal para poner en práctica el procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque comprende:

- elementos (510) de memoria de entrada para memorizar cuatro símbolos de información, estando constituido cada símbolo de información por M componentes con M=q3, pudiendo adoptar cada componente M' valores donde M'=q1;

- una primera pluralidad de primeros módulos (520) que reciben cada uno una componente de un primer símbolo de información y una componente del mismo rango de un segundo símbolo de información, efectuando cada módulo dichas combinaciones lineales primera y segunda de dichas componentes para proporcionar un primer y un segundo valores de salida;

- una segunda pluralidad de segundos módulos (525) que reciben cada uno una componente de un tercer símbolo de información y una componente del mismo rango de un cuarto símbolo de información, efectuando cada módulo dichas combinaciones lineales primera y segunda de dichas componentes para proporcionar un primer y un segundo valores de salida;

- elementos (530) de memoria de salida para almacenar respectivamente los primeros valores y los segundos valores de salida de los módulos primeros y segundos;

- medios para permutar las direcciones de escritura o de lectura de uno de los elementos de salida según una permutación circular de orden M.