CODIFICACIÓN ESPACIO-TEMPORAL PARA SISTEMA COOPERATIVO.

Método para codificar símbolos de información (s1-sM) en un sistema cooperativo que comprende un nodo fuente (SC),

N nodos relés (R1-RN) y un nodo destinatario (DS), siendo N al menos igual a 1, caracterizado porque comprende: - una codificación (E02) en el nodo fuente de los símbolos de información mediante combinaciones (X1-X2N) de dichos símbolos en elementos codificados (X1,1-X2N,2N) distribuidos según una matriz espacio-temporal (X), dependiendo los elementos codificados de cada una de las líneas y columnas de la matriz, respectivamente, de las combinaciones de dichos símbolos, - transmisiones (E10) de N primeras líneas de elementos codificados de la matriz, desde el nodo fuente hacia los N nodos relés y el nodo destinatario, - una corrección (E12) de las N primeras líneas, respectivamente, en las N primeras líneas corregidas en los nodos relés, - transmisiones (E2) de las N últimas líneas de elementos codificados de la matriz, desde el nodo fuente hacia el nodo destinatario y - transmisiones (E2) de las N primeras líneas corregidas, respectivamente, desde los N nodos relés hacia el nodo destinatario

La presente invención se refiere a una codificación espacio-temporal para un sistema cooperativo.

Más en particular, la invención se aplica a los sistemas de comunicaciones de radio, en donde entidades cooperan y constituyen nodos de una red de telecomunicaciones. Estos nodos pueden ser terminales móviles, nodos en el núcleo central de la red o también estaciones base.

Los nodos se distribuyen en tres grupos: los nodos fuentes, los nodos relés y los nodos destinatarios. Cada nodo fuente transmite una o más señales que contienen la información a transmitir directamente y a través de uno o varios nodos relés a al menos un nodo destinatario. Después del procesamiento de las señales recibidas, cada nodo relé retransmite las señales procesadas hacia el nodo destinatario, que determina una información la más similar a la información inicial en función de las señales procedentes, respectivamente, del nodo fuente y de los nodos relés. Una señal transmitida a través de un canal de radiocomunicaciones, desde un nodo fuente hacia un nodo destinatario, resulta muy afectada por las interferencias y los desvanecimientos de las señales relacionados con los obstáculos y los trayectos múltiples. Así, la transmisión de una sola réplica de la señal puede resultar insuficiente para decodificar la información contenida en la señal. Un sistema cooperativo atenúa esta insuficiencia diversificando las rutas seguidas por la señal emitida por el nodo fuente mediante multiplicación de este último a través de los nodos relés. A la recepción, el nodo destinatario recupera diversas réplicas de la señal afectadas por diversos desvanecimientos.

Un procesamiento de las señales recibidas en un nodo relé relativo a la invención corresponde al protocolo de codificación y transmisión DF (“Decodificar y Reenviar”). Este protocolo comprende una decodificación de la señal recibida con el fin de corregir los errores de transmisión debidos a la calidad del canal de transmisión entre el nodo fuente y el nodo relé, una codificación de la señal corregida y luego, una transmisión de la señal corregida codificada al nodo destinatario. Con el fin de transmitir sin error la señal, el nodo relé debe asegurar una decodificación correcta. El protocolo DF es, por lo tanto, sometido, entre otros factores, a la calidad del canal de transmisión entre el nodo fuente y los nodos relés. Un nodo relé solamente se utiliza si el canal que le conecta al nodo fuente es de buena calidad. En el caso de que todos los canales fuente-relé sean de calidad deficiente, no interviene la cooperación entre los nodos.

La codificación espacio-temporal fue desarrollada inicialmente para los sistemas de antenas múltiples, denominado también de entrada y salida múltiple (MIMO) (“Entrada múltiple -Salida Múltiple”), pero se revela muy útil para estrategias de cooperación. En efecto, se puede considerar teóricamente un nodo fuente y los nodos relés como un solo y único nodo fuente virtual con varias antenas de emisión.

La evaluación de un código espacio-temporal está basada en dos parámetros principales que son el rendimiento y la diversidad del código.

El rendimiento de un código es la cantidad de información transmitida por unidad de tiempo y se expresa generalmente en símbolos por utilización de canal (symb.pcu). Cuánto más elevado es el rendimiento, tanto mayor será el caudal de transmisión. El rendimiento es pleno cuando es máximo para un sistema dado.

Para un sistema de ae antenas de emisión y ar antenas de recepción, el rendimiento pleno se alcanza para R = min {ae, ar}.

En un sistema cooperativo con un nodo fuente, N nodos relés y un nodo destinatario, el rendimiento pleno se alcanza para R = 1.

La diversidad de un código se define como el número de rutas independientes atravesadas por la señal de información entre el nodo fuente y el nodo destinatario. Cuánto mayor es la diversidad, tanto mejor es la calidad de la transmisión. La diversidad es plena cuando es máxima para un sistema dado.

Para un sistema de ae antenas de emisión y ar antenas de recepción, la diversidad plena se alcanza para d = ae ar.

En el sistema cooperativo con un nodo fuente, N nodos relés y un nodo destinatario, la diversidad plena es d = N+1.

Un ejemplo de código espacio-temporal es el de los códigos enhebrados TAST (Espacio-tiempo Algebraico Enhebrado) que está basado en una codificación espacio-temporal algébrica en capas. Una capa es una combinación de símbolos de información a transmitir desde un emisor hacia un receptor, combinando las capas del código símbolos diferentes. Cada capa está asociada a un subespacio algébrico propio y diferente de los de las demás capas para suprimir las interferencias con dichas otras capas. A cada utilización de canal, cada antena de emisión transmite un símbolo de una capa diferente a las que presentan las otras antenas de emisión y a las de las otras utilizaciones de canal hacia las antenas del receptor. De este modo, cada símbolo se envía una vez por cada antena y una vez a cada utilización de canal, lo que produce la diversidad espacio-temporal.

Sistemas cooperativos conocidos están ya basados en el protocolo DF.

Un primer sistema se refiere al protocolo LTW-DF, del nombre de sus inventores Laneman, Tse y Wornell, puesto en práctica para transmisiones con Acceso Múltiple por División de Tiempo TDMA (“Time Division Multiple Access”). Se trata de un protocolo ortogonal y en donde dos nodos que se comunican juntos no pueden transmitir datos al mismo tiempo. La cooperación entre los nodos se desarrolla en dos fases de la misma duración para transmitir un símbolo de información desde un nodo fuente hacia un nodo destinatario a través de un nodo relé. En el momento de la primera fase, el nodo fuente emite, en una primera señal, un símbolo hacia el nodo relé y el nodo destinatario. Durante la segunda fase, después del procesamiento de la primera señal, el nodo relé retransmite el símbolo en una segunda señal hacia el nodo destinatario. A partir de estas señales, con nivel alto de ruido, que contienen el símbolo, el nodo destinatario determina un símbolo similar al símbolo inicial. Cada símbolo de información del nodo fuente se retransmite por un solo nodo relé al nodo destinatario; así, el segundo símbolo de información es retransmitido a través de un segundo nodo relé al nodo destinatario.

La diversidad del primer sistema es plena. Todos los símbolos de información son transmitidos por dos nodos diferentes, el nodo fuente y un nodo relé hacia el nodo destinatario. Sin embargo, el rendimiento es pequeño, puesto que sólo un semisímbolo se transmite en el momento de una utilización de canal.

Un segundo sistema se refiere al protocolo NBK-DF, igualmente del nombre de sus inventores Nabar, Bolcskei y Kneubuhler. Este protocolo no es ortogonal: un nodo fuente y un nodo relé pueden emitir al mismo tiempo. La cooperación entre los nodos comprende, asimismo, dos fases fijas de la misma duración para transmitir una información que comprende dos símbolos, desde el nodo fuente, a través de un nodo relé, hacia un nodo destinatario. En el momento de la primera fase, el nodo fuente emite un primer símbolo hacia el nodo relé y el nodo destinatario. Durante la segunda fase, el nodo fuente emite el segundo símbolo de información independiente del primero hacia el nodo destinatario y el nodo relé retransmite el primer símbolo procesado hacia el nodo destinatario. El nodo destinatario decodifica los dos símbolos a partir de las dos señales recibidas durante las dos fases para determinar la información.

Al ser retransmitido un solo símbolo sobre dos por el nodo relé, la diversidad de este protocolo no es plena y sigue siendo la de una transmisión directa para el segundo símbolo transmitido directamente por el nodo fuente al nodo destinatario. Sin embargo, el protocolo NBK-DF asegura un rendimiento pleno puesto que dos símbolos se transmiten al nodo destinatario en el momento de dos utilizaciones de canal, es decir, un símbolo por utilización de canal.

Un tercer sistema se refiere al protocolo DDF que es un protocolo DF dinámico para transmitir una primera información y una segunda información dependiente de la primera, desde un nodo fuente hacia un nodo destinatario a través de un nodo relé, según dos fases de transmisión. La duración de estas dos fases de transmisión varía en función de la calidad del canal que conecta... [Seguir leyendo]

1. Método para codificar símbolos de información (s1-sM) en un sistema cooperativo que comprende un nodo fuente (SC), N nodos relés (R1-RN) y un nodo destinatario (DS), siendo N al menos igual a 1, caracterizado porque comprende:

- una codificación (E02) en el nodo fuente de los símbolos de información mediante combinaciones (X1-X2N) de dichos símbolos en elementos codificados (X1,1-X2N,2N) distribuidos según una matriz espacio-temporal (X), dependiendo los elementos codificados de cada una de las líneas y columnas de la matriz, respectivamente, de las combinaciones de dichos símbolos,

- transmisiones (E10) de N primeras líneas de elementos codificados de la matriz, desde el nodo fuente hacia los N nodos relés y el nodo destinatario,

- una corrección (E12) de las N primeras líneas, respectivamente, en las N primeras líneas corregidas en los nodos relés,

- transmisiones (E2) de las N últimas líneas de elementos codificados de la matriz, desde el nodo fuente hacia el nodo destinatario y

- transmisiones (E2) de las N primeras líneas corregidas, respectivamente, desde los N nodos relés hacia el nodo destinatario.

2. Método, conforme a la reivindicación 1, en donde la corrección de los elementos codificados de una respectiva de las N primeras líneas recibidas en un nodo relé (Rn) comprende una correlación entre los elementos codificados de las N primeras líneas recibidas y los elementos codificados predeterminados (CC1 a CCN).

3. Método, conforme a la reivindicación 1 ó 2, que comprende, en el nodo destinatario, combinaciones, dos a dos, de las N primeras líneas corregidas en los nodos relés a las N últimas líneas transmitidas por el nodo fuente en líneas combinadas y una constitución de una matriz resultante con las primeras líneas transmitidas por el nodo fuente y las líneas combinadas, con el fin de obtener los símbolos en dependencia de la matriz resultante.

4. Sistema cooperativo para codificar símbolos (s1-sM) y que comprende un nodo fuente (SC), N nodos relés (R1-RN) y un nodo destinatario (DS), siendo N al menos igual a uno, caracterizado porque comprende:

- un medio (CS) para codificar, en el nodo fuente, los símbolos de información mediante combinaciones (X1 -X2N) de dichos símbolos en elementos codificados (X1,1-X2N,2N) distribuidos según una matriz espacio-temporal (X), dependiendo los elementos codificados de cada una de las líneas y columnas de la matriz, respectivamente, de las combinaciones de dichos símbolos,

- un medio (IS) para transmitir N primeras líneas de elementos codificados de la matriz, desde el nodo fuente hacia los N nodos relés y el nodo destinatario,

- un medio (DP) para corregir N primeras líneas, respectivamente, en N primeras líneas corregidas en los nodos relés,

- un medio (IS) para transmitir N últimas líneas de elementos codificados de la matriz, desde el nodo fuente hacia el nodo destinatario y

- un medio (IR) para transmitir N primeras líneas corregidas, respectivamente, desde los N nodos relés hacia el nodo destinatario.

5. Nodo fuente (SC), incluido en un sistema cooperativo, para codificar símbolos (s1–sM) comprendiendo el sistema, además, N nodos relés (R1-RN) y un nodo destinatario (DS), siendo N al menos igual a 1, caracterizado porque comprende:

- un medio (CS) para codificar los símbolos de información mediante combinaciones (X1-X2N) de dichos símbolos en elementos codificados (X1,1-X2N,2N) distribuidos según una matriz espacio-temporal (X), dependiendo los elementos codificados de cada una de las líneas y columnas de la matriz, respectivamente, de las combinaciones de dichos símbolos,

- un medio (IS) para transmitir N primeras líneas de elementos codificados de la matriz, desde el nodo fuente hacia los N nodos relés y el nodo destinatario y

- un medio (IS) para transmitir N últimas líneas de elementos codificados de la matriz, desde el nodo fuente hacia el nodo destinatario.

6. Nodo relé (Rn), incluido en un sistema cooperativo, para codificar símbolos (s1–sM) comprendiendo dicho sistema un nodo fuente (SC), N nodos relés (R1-RN) y un nodo destinatario (DS), siendo N al menos igual a 1, caracterizado porque comprende:

- un medio (IR) para recibir N líneas de elementos codificados (Xn,1-Xn,2N) resultante de la codificación en el nodo fuente de los símbolos de información mediante combinaciones (X1-X2N) de dichos símbolos en los elementos codificados distribuidos según una matriz espacio-temporal (X), dependiendo los elementos codificados de cada una de las líneas y columnas de la matriz, respectivamente, de las combinaciones de dichos símbolos,

- un medio (DP) para corregir una de las N líneas recibidas en una línea corregida a partir de las N líneas recibidas y

- un medio (IR) para transmitir la línea corregida hacia el nodo destinatario.

7. Programa de ordenador capaz de ponerse en práctica en un nodo fuente de un sistema cooperativo para codificar símbolos (s1-sM), comprendiendo dicho sistema, además, N nodos relés (R1-RN) y un nodo destinatario (DS), siendo N al menos igual a 1, estando dicho programa caracterizado porque comprende instrucciones que, cuando el programa se ejecuta en el nodo fuente, realiza.

- Una codificación (E02) de los símbolos de información mediante combinaciones (X1-X2N) de dichos símbolos en elementos codificados (X1,1-X2N,2N) distribuidos según una matriz espacio-temporal (X), dependiendo los elementos codificados de cada una de las líneas y columnas de la matriz, respectivamente, de las combinaciones de dichos símbolos,

- transmisiones (E10) de N primeras líneas de elementos codificados de la matriz, desde el nodo fuente hacia los N nodos relés y el nodo destinatario y

- transmisiones (E2) de N últimas líneas de elementos codificados de la matriz, desde el nodo fuente hacia el nodo destinatario.

8. Programa de ordenador capaz de ponerse en práctica en un nodo relé de un sistema cooperativo para codificar símbolos (s1-sM), comprendiendo dicho sistema un nodo fuente (SC), N nodos relés (R1-RN) y un nodo destinatario (DS), siendo N al menos igual a 1, estando dicho programa caracterizado porque comprende instrucciones que, cuando se ejecuta el programa en el nodo relé, realizan:

- una recepción (E11) de N líneas de elementos codificados (Xn,1-Xn,2N) resultantes de la codificación, en el nodo fuente, de los símbolos de información mediante combinaciones (X1-X2N) de dichos símbolos en los elementos codificados distribuidos según una matriz espacio-temporal (X), dependiendo los elementos codificados de cada una de las líneas y columnas de la matriz, respectivamente, de las combinaciones de dichos símbolos,

- una corrección (E12) de una de las N líneas recibidas, en una línea corregida, a partir de las N líneas recibidas y

- una transmisión (E2) de la línea corregida hacia el nodo destinatario.

9. Soporte de registro legible por un ordenador, en donde se regi stra un programa de ordenador conforme a la reivindicación 8.

10. Soporte de registro legible por un ordenador, en donde se registra un programa de ordenador conforme a la reivindicación 9.