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

codificando dicho procedimiento un bloque de símbolos de información S = (σ1, σ2, σ3, σ4) que pertenecen a un alfabeto de modulación PPM que presenta un número M par de posiciones de modulación, estando particionado dicho alfabeto en un primer y en un segundo sub-alfabeto que corresponden a unas zonas sucesivas de posiciones de modulación, perteneciendo los símbolos σ1, σ3 al primer sub-alfabeto y perteneciendo los símbolos σ2, σ4 al segundo sub-alfabeto, codificando el procedimiento dicho bloque de símbolos en una secuencia de vectores, estando asociado cada vector a una utilización del canal de transmisión y a un elemento radiador dado, estando destinados los componentes de un vector a modular en posición una señal UWB impulsional, correspondiendo cada componente a una posición de modulación PPM, caracterizado porque dichos vectores se obtienen a partir de los elementos de la matriz: una línea de la matriz corresponde a una utilización del canal de transmisión y una columna de la matriz corresponde a un elemento de radiación, definiéndose la matriz C en una permutación en sus líneas y/o sus columnas, siendo Δ una permutación de las posiciones PPM de dicho alfabeto y siendo Ω una permutación de las posiciones de modulación PPM de dicho segundo sub-alfabeto

Procedimiento de codificación espacio-temporal utilizando un alfabeto particionado de modulación de posición.

Campo técnico

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

Estado de la técnica anterior

Los sistemas de tipo de antena múltiple son bien conocidos en el estado de la técnica. Estos sistemas utilizan una diversidad de antenas en la emisión y/o en 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). A continuación emplearemos el mismo término MIMO para cubrir la variantes MIMO y MISO antes citadas. La explotación de la diversidad espacial en la emisión y/o en la recepción permite a estos sistemas ofrecer unas capacidades de canal netamente superiores a las de los sistemas mono-antena clásicos (o SISO por Single Input Single Output). Esta diversidad espacial se completa generalmente por una diversidad temporal por medio de una codificación espacio-temporal (STC). En una codificación así, un símbolo de información a transmitir se halla codificado en varias antenas y varios instantes de transmisión.

Se conocen dos grandes categorías de sistemas MIMO de codificación espacio-temporal: los sistemas de codificación en rejilla o STTC (Space Time Trellis Coding) y los sistemas de codificación por bloques o STBC (Space Time Block Coding). En un sistema de codificación por bloques, se codifica un bloque de símbolos de información a transmitir en una matriz de símbolos de transmisión, correspondiendo una dimensión de la matriz al número de antenas y correspondiendo el otro a los instantes consecutivos de transmisión.

La Figura 1 representa esquemáticamente un sistema de transmisión MIMO 100 con codificación STBC. Se codifica un bloque de símbolos de información S = (σ₁, ..., σ_b), por ejemplo una palabra binaria de b bits o más generalmente de b símbolos de orden M, en una matriz espacio-temporal:

donde los coeficientes c_t,p, t = 1, ..., T; p = 1, ..., P del código son por regla general unos coeficientes complejos que dependen 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 utilizaciones del canal o PCU (Per Channel Use).

La función f que, a 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_t,p son reales, el código espacio-temporal se denomina real.

En la Figura 1, se ha designado por 110 un codificador espacio-temporal. A cada instante de utilización de canal t, el codificador suministra 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, es decir por el número de símbolos de información que transmite por instante de utilización de canal (PCU). El código se denomina de tasa completa si es P veces más elevado que la tasa relativa a una utilización mono-antena (SISO).

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

El código espacio-temporal está caracterizado finalmente por su ganancia de codificación que traduce la distancia mínima entre diferentes palabras del código. Se puede definir como:

o, de manera equivalente, para un código lineal:

donde det(C) significa el determinante de C y C^H es la matriz conjugada transpuesta 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 primer ejemplo de codificación espacio-temporal para un sistema MIMO de dos antenas de transmisión se ha propuesto en el artículo de S.M. Alamouti titulado "A transmit diversity technique for wireless communications", publicada en el IEEE Journal on selected areas in communications, vol. 16, págs. 1451-1458, de octubre de 1998. El código de Alamouti se define por la matriz espacio-temporal 2 x 2:

donde σ₁ y σ₂ son dos símbolos de información a transmitir y σ^•₁ y σ^•₂ sus conjugados respectivos. Como se puede ver en la expresión (4), este código transmite dos símbolos de información para dos utilizaciones de canal y su tasa es por tanto de un símbolo/PCU.

Inicialmente presentado en el artículo antes citado para unos símbolos que pertenecen a una modulación QAM, el código de Alamouti se aplica igualmente a unos símbolos de información que pertenecen a una modulación PAM o PSK. En cambio no se puede entender fácilmente en una modulación de posición, denominada también PPM (Pulse Position Modulation). El símbolo de un alfabeto de modulación PPM de M posiciones se puede representar por un vector de M componentes todos nulos salvo uno igual a 1, que corresponde a la posición de modulación a la que se emite un impulso. La utilización de símbolos PPM en la expresión (4) conduce entonces a una matriz espacio-temporal de dimensiones 2M x 2. El término -σ^•₂ que figura en la matriz no es un símbolo PPM y necesita la transmisión de un impulso afectado por un cambio de signo. Dicho de otra forma, éste vuelve a utilizar unos símbolos PPM con signo, que pertenecen a una extensión del alfabeto de modulación PPM.

Un segundo ejemplo de código espacio-temporal se ha propuesto en el artículo de C. Abou-Rjeily et al. titulado "A space-time coded MIMO TH-UWB transceiver with binary pulse position modulation" publicado en IEEE Communications Letters, Vol. 11, Nº 6, de junio de 2007, páginas 522-524. Este código se aplica a unos sistemas de antena múltiple que poseen un número de antenas de transmisión igual a una potencia de 2, es decir P = 2^p y tiene unos símbolos de información que pertenecen a un alfabeto de modulación de posición binaria o BPPM (Binary Pulse Position Modulation). Más precisamente, la matriz del código espacio-temporal propuesta se escribe en la forma:

donde los símbolos de informaciones BPPM σ₁, σ₂, ..., σ_P se representan en forma de vectores (1 0)^T o (0 1)^T, correspondiendo el primer vector a la primera posición PPM y el segundo vector a la segunda posición PPM, y donde Ω es la matriz de permutación de dimensiones 2 x 2. Este código espacio-temporal presenta la ventaja de no utilizar símbolos o señales complejos y de tener una diversidad máxima. En cambio este código no permite transmitir más que...

1. Procedimiento de codificación espacio-temporal para un sistema de transmisión UWB que comprende dos elementos de radiación, codificando dicho procedimiento un bloque de símbolos de información S = (σ₁, σ₂, σ₃, σ₄) que pertenecen a un alfabeto de modulación PPM que presenta un número M par de posiciones de modulación, estando particionado dicho alfabeto en un primer y en un segundo sub-alfabeto que corresponden a unas zonas sucesivas de posiciones de modulación, perteneciendo los símbolos σ₁, σ₃ al primer sub-alfabeto y perteneciendo los símbolos σ₂, σ₄ al segundo sub-alfabeto, codificando el procedimiento dicho bloque de símbolos en una secuencia de vectores, estando asociado cada vector a una utilización del canal de transmisión y a un elemento radiador dado, estando destinados los componentes de un vector a modular en posición una señal UWB impulsional, correspondiendo cada componente a una posición de modulación PPM, caracterizado porque dichos vectores se obtienen a partir de los elementos de la matriz:

una línea de la matriz corresponde a una utilización del canal de transmisión y una columna de la matriz corresponde a un elemento de radiación, definiéndose la matriz C en una permutación en sus líneas y/o sus columnas, siendo Δ una permutación de las posiciones PPM de dicho alfabeto y siendo Ω una permutación de las posiciones de modulación PPM de dicho segundo sub-alfabeto.

2. Procedimiento de codificación espacio-temporal de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque Ω es una permutación circular de las posiciones de modulación PPM de dicho segundo sub-alfabeto.

3. Procedimiento de codificación espacio-temporal de acuerdo con la reivindicación 2, caracterizado porque Ω es un desplazamiento circular de las posiciones de modulación PPM de dicho segundo alfabeto.

4. Procedimiento de codificación espacio-temporal para un sistema de transmisión UWB que comprende tres elementos de radiación, codificando dicho procedimiento un bloque de símbolos de información S = (σ₁, σ₂, σ₃, σ₄, σ₅, σ₆, σ₇, σ₈, σ₉) que pertenecen a un alfabeto de modulación PPM que presenta un número M de posiciones de modulación múltiplo de 3, estando particionado dicho alfabeto en un primer, un segundo y un tercer sub-alfabeto que corresponden a unas zonas sucesivas de posiciones de modulación, perteneciendo los símbolos σ₁, σ₄, σ₇ al primer sub-alfabeto, perteneciendo los símbolos σ₂, σ₅, σ₈ al segundo sub-alfabeto y perteneciendo los símbolos σ₃, σ₆, σ₉ al tercer sub-alfabeto, codificando el procedimiento dicho bloque de símbolos en una secuencia de vectores, estando asociado cada vector a una utilización del canal de transmisión y a un elemento radiador dado, estando destinados los componentes de un vector a modular en posición una señal UWB impulsional, correspondiendo cada componente a una posición de modulación PPM, caracterizado porque dichos vectores se obtienen a partir de los elementos de la matriz:

una línea de la matriz corresponde a una utilización del canal de transmisión y una columna de la matriz corresponde a un elemento de radiación, definiéndose la matriz C en una permutación cerca de sus líneas y/o sus columnas, siendo Δ una permutación de las posiciones PPM de dicho alfabeto, siendo Ω⁽¹⁾ una permutación de las posiciones de modulación PPM de dicho segundo sub-alfabeto y siendo Ω⁽²⁾ una permutación de las posiciones de modulación PPM de dicho tercer sub-alfabeto.

5. Procedimiento de codificación espacio-temporal de acuerdo con la reivindicación 4, caracterizado porque Ω⁽¹⁾ y/o Ω⁽²⁾ es una permutación /son unas permutaciones circular(es) de las posiciones de modulación PPM, respectivamente de dichos segundo y tercer sub-alfabetos.

6. Procedimiento de codificación espacio-temporal de acuerdo con la reivindicación 5, caracterizado porque Ω⁽¹⁾ y/o Ω⁽²⁾ es una /son unos desplazamiento(s) circular(es) de las posiciones de modulación PPM, respectivamente de dichos segundo y tercer sub-alfabetos.

7. Procedimiento de codificación espacio-temporal para un sistema de transmisión UWB que comprende una diversidad P de elementos de radiación, codificando dicho procedimiento un bloque de símbolos de información S = (σ₁, σ₂, ..., σ_P²) que pertenecen a un alfabeto de modulación PPM que presenta un número M de posiciones de modulación múltiplo de P, estando particionado dicho alfabeto en P sub-alfabetos que corresponden a unas zonas sucesivas de posiciones de modulación, perteneciendo los símbolos σ_q^P+1, q = 0, ..., P - 1 al primer sub-alfabeto, perteneciendo los símbolos σ_q^P+2, q = 0, ..., P - 1 al segundo sub-alfabeto y así sucesivamente, los símbolos σ_q^P+P, q = 0, ..., P - 1 al P-ésimo sub-alfabeto, codificando el procedimiento dicho bloque de símbolos en una secuencia de vectores, estando asociado cada vector a una utilización del canal de transmisión y a un elemento radiador dado, estando destinados los componentes de un vector a modular en posición una señal UWB impulsional, correspondiendo cada componente a una posición de modulación PPM, caracterizado porque dichos vectores se obtienen a partir de los elementos de la matriz dada en el anexo, correspondiendo una línea de la matriz a una utilización del canal de transmisión y correspondiendo una columna de la matriz a un elemento de radiación, definiéndose la matriz C en una permutación cerca de sus líneas y/o sus columnas, siendo Δ una permutación de las posiciones PPM de dicho alfabeto, siendo las matrices Ω^(p), p = 1, ..., P - 1 una permutación de las posiciones de modulación PPM del (p+1)-ésimo sub-alfabeto.

8. Procedimiento de codificación espacio-temporal de acuerdo con la reivindicación 7, caracterizado porque al menos una matriz Ω^(p), p = 1, ..., P - 1 es una permutación circular de las posiciones de modulación PPM del (p+1)-ésimo sub-alfabeto.

9. Procedimiento de codificación espacio-temporal de acuerdo con la reivindicación 8, caracterizado porque al menos una matriz Ω^(p), p = 1, ..., P - 1 es un desplazamiento circular de las posiciones de modulación PPM del (p+1)-ésimo sub-alfabeto.

10. Procedimiento de codificación de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque la matriz Δ es una permutación circular de dicho alfabeto.

11. Procedimiento de codificación de acuerdo con la reivindicación 10, caracterizado porque la matriz Δ es un desplazamiento circular de dicho alfabeto.

12. Procedimiento de codificación espacio-temporal de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque los elementos de radiación son unas antenas UWB.

13. Procedimiento de transmisión de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 11, caracterizado porque los elementos de radiación son unos diodos láser o unos diodos electroluminiscentes.

14. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque dicha señal impulsional es una señal TH-UWB.