PROCEDIMIENTO Y DISPOSITIVO DE COMUNICACIÓN MULTI-ANTENAS DE BANDA ULTRA-ANCHA QUE UTILIZA IMPULSOS DE HERMITE.

Procedimiento de emisión de señales de banda ultra-ancha por medio de una pluralidad de antenas de emisión,

que comprende una fase de emisión de secuencias de aprendizaje seguida por una fase de emisión de datos, caracterizado porque comprende una etapa según la cual cada antena de la citad pluralidad de antenas de emisión emite una forma de onda que utiliza un impulso de Hermite único y ortogonal a las formas de onda emitidas por las otras antenas

Procedimiento y dispositivo de comunicación multi-antenas de banda ultra-ancha que utiliza impulsos de Hermite.

La presente invención se refiere a un procedimiento y a un dispositivo de comunicación multi-antenas de banda ultra-ancha que utiliza impulsos de Hermite.

Aquella pertenece al sector de los sistemas de comunicaciones sin hilos fundados en la tecnología de multi-antenas de Banda Ultra-Ancha (MA ULB, en inglés "MIMO UWB, Multiple Input Multiple Output Ultra Wide Band"). Esta tecnología se basa en la emisión de señales en las que la relación entre la anchura de la banda y la frecuencia central es superior a 20% o en las que la banda pasante es superior a 500 MHz.

La invención se aplica en particular a terminales equipados con varias antenas capaces de tratar servicios multimedia, en redes de telecomunicaciones del tipo de red personal o red local sin hilos de muy alta velocidad o régimen (es decir, normalmente algunas centenas de Mbits/s).

En todo lo que sigue se considera un sistema de comunicación con P antenas de emisión y Q antenas de recepción, siendo P y Q enteros estrictamente positivos.

La invención entra en el marco de las comunicaciones ULB que funcionan en modo de impulsos. Esta técnica consiste en transmitir impulsos de corta duración (del orden del nanosegundo). En la mayor parte de los casos, la información es codificada a través de la posición de estos impulsos (modulación PPM, en inglés "Pulse Position Modulation") y/o a través de la amplitud de estos impulsos (modulación PAM, en inglés "Pulse Amplitude Modulation").

La detección de las señales ULB del tipo de impulsos se efectúa por medio de receptores que pertenecen a dos categorías:

- los receptores del tipo Rake, en los que sobre L vías paralelas, correspondientes a un Rake de orden L, la señal recibida es correlacionada con L versiones retardadas y convenientemente ponderadas de la forma de impulso, siendo adquirido el conocimiento de estos retardos y las amplitudes durante una fase de aprendizaje; y

- los receptores de tipo de correlacionadores, en los que, para detectar los símbolos emitidos, la señal recibida es correlacionada con una señal de referencia, siendo esta señal de referencia construida durante la fase de estimación del canal.

La invención se aplica a la primera categoría de receptores anterior.

Una manera de aumentar la capacidad y mejorar los rendimientos de los sistemas de comunicación ULB consiste en aplicar técnicas de tratamiento multi-antenas MIMO. Los sistemas que utilizan tales técnicas se clasifican en dos categorías:

- los sistemas codificados, en los que una codificación espacio-temporal de un flujo de datos permite beneficiarse de la diversidad de transmisión y mejorar los rendimientos, pero en los que la redundancia introducida por la codificación disminuye el régimen del emisor; y

- los sistemas no codificados, que ponen en práctica un multiplexado espacial, en el que los flujos de datos en las antenas de emisión son totalmente independientes, lo que permite aumentar el régimen del emisor. No obstante, se observan numerosas perturbaciones entre las señales emitidas en paralelo.

La invención pertenece a la segunda categoría de sistemas anterior.

Se conocen particularmente dos estructuras o arquitecturas de emisores MIMO ULB.

La primera es presentada por M. WEISENHORN et al. en un artículo titulado "Performance of binary antipodal signaling over the indoor UWB MIMO channel", publicado con ocasión de la conferencia de IEEE sobre comunicaciones, vol. 4, páginas 2872 a 2878, mayo de 2003, así como por W. SIRIWONGPAIRAT et al. en un artículo titulado "On the performance evaluation of TH and DS UWB MIMO systems", publicado en ocasión de la conferencia de IEEE sobre comunicaciones inalámbricas y uso de redes, vol. 3, páginas 1800 a 1805, 2004, y se ilustra en la figura 1.

Un tal emisor ULB posee P antenas de emisión y utiliza el multiplexado espacial. Una fase de aprendizaje, que consiste en emitir secuencias (representadas en guiones en la figura) conocidas por el receptor, precede a la transmisión de datos. Todas las antenas emiten la misma forma de impulsos w₁(t), que corresponden a la derivada enésima de una gaussiana.

El régimen o caudal es aumentado en un factor igual al número de antenas de emisión, pero este enfoque simple limita los rendimientos del sistema.

Una segunda estructura de emisor ULB es presentada por E. BACCARELLI et al. en un artículo titulado "A simple multi-antenna transceiver for ultra wide band based 4GWLANs", aparecido en IEEE WCNC, vol. 3, páginas 1782 a 1787, marzo de 2004, así como por E. BACCARELLI et al. en un artículo titulado "A novel multi-antenna impulse radio UWB transceiver for broadband high-throughput 4G WLANs", aparecido en cartas de comunicaciones de IEEE, vol. 8, nº 7, páginas 419 a 421, julio de 2004, y está ilustrado por la figura 2.

Como se muestra en la figura 2, cada antena de emisión emite simultáneamente dos formas de onda w₁(t) y w₂(t), siendo w₁(t) un impulso correspondiente a la función iésima de Hermite. Una de estas formas de onda modula la secuencia de aprendizaje y la otra sirve para la emisión de los datos. Por la emisión simultánea de las secuencias de aprendizaje y de datos, esta estructura es muy diferente de la estructura de la figura 1, en la que la fase de aprendizaje precede a la fase de emisión de datos.

Las dos estructuras conocidas que se acaban de describir brevemente permiten, ciertamente, aumentar el régimen del emisor, pero en detrimento de la calidad de las señales recibidas, particularmente por el hecho de las perturbaciones entre señales emitidas.

La presente invención tiene por objetivo remediar los inconvenientes de la técnica anterior.

Con este objeto, la presente invención propone un procedimiento de emisión de señales de banda ultra-ancha por medio de una pluralidad de antenas de emisión, que comprende una fase de emisión de secuencias de aprendizaje seguida por una fase de emisión de datos, notable porque comprende una etapa según la cual cada antena de la pluralidad de antenas de emisión emite una forma de onda que utiliza un impulso de Hermite, único y ortogonal a las formas de onda emitidas por las otras antenas.

De ese modo, la utilización de impulsos de Hermite de orden diferente para cada antena de emisión introduce una ortogonalidad entre estas antenas y permite simultáneamente mejorar los rendimientos y aumentar el régimen, ya que se aprovecha de la diversidad espacial de transmisión.

Un sistema de comunicación ULB emite secuencias de impulsos cuyo periodo medio de emisión es denominado PRP (en inglés, "Pulse Repetition Period") y cuya posición y/o amplitud son portadoras de información. Cuando la información es modulada en M posiciones posibles, se habla de modulación M-PAM (en inglés "M-ary Pulse Position Modulation") y cuando la información es modulada en M' amplitudes posibles, se habla de modulación M'-PAM (en inglés, "M-ary Pulse Amplitude Modulation").

Cuando se asocia una M-PAM con una M'-PAM, cada símbolo emitido toma un valor entre MM' valores posibles. A cada símbolo S se asocia una amplitud (a) y una posición (d) como sigue:

La figura 3 representa para memoria de constelación 4-PPM-4-PAM. La posición d toma valores en el conjunto {0, 1, 2, 3} y la amplitud a toma valores en el conjunto {-3, -1, 1, 3}. Se ha de hacer observar que la separación temporal entre dos posiciones sucesivas de modulación se llama PRI (en inglés, "Pulse Repetition Interval"). Al final de cada PRI, se puede añadir un intervalo de guarda (en inglés, "GAP") para eliminar la interferencia entre símbolos. Se tiene entonces: PRP = M.PRI + GAP.

En un modo particular de realización, el procedimiento de emisión pone en práctica una modulación de impulsos en posición ó PPM (en inglés, "Pulse Position Modulation") combinada con una modulación de impulsos en amplitud ó PAM (en ingles, "Pulse Amplitude Modulation").

Esta modulación conjunta PPM-PAM es particularmente ventajosa, ya...

1. Procedimiento de emisión de señales de banda ultra-ancha por medio de una pluralidad de antenas de emisión, que comprende una fase de emisión de secuencias de aprendizaje seguida por una fase de emisión de datos, caracterizado porque comprende una etapa según la cual cada antena de la citad pluralidad de antenas de emisión emite una forma de onda que utiliza un impulso de Hermite único y ortogonal a las formas de onda emitidas por las otras antenas.

2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque pone en práctica una modulación de impulsos en posición o PPM combinada con una modulación de impulsos en amplitud o PAM.

3. Procedimiento según la reivindicación 1 o la 2, caracterizado porque, durante la fase de emisión de secuencias de aprendizaje, al nivel de cada antena de la citada pluralidad de antenas de emisión, se efectúa una multiplicación término a término de una secuencia de símbolos de aprendizaje (S_Nsec,..., S₁) con una secuencia de códigos de paridad (c^{(i)} _{N sec}},..., c^{(j) ₁}) donde cada código de paridad verifica la relación siguiente:

donde N_sec es el tamaño de los símbolos, c⁽ⁱ⁾ es el k^ésimo elemento del código de paridad de la i^ésima antena y P es el número de antenas de emisión.

4. Dispositivo de emisión de señales de banda ultra-ancha que comprende una pluralidad de antenas de emisión, adaptado a emitir secuencias de aprendizaje y a continuación datos, caracterizado porque cada antena de la citada pluralidad de antenas de emisión emite una forma de onda que utiliza un impulso de Hermite, único y ortogonal a las formas de onda emitidas por las otras antenas.

5. Dispositivo según la reivindicación 4, caracterizado porque pone en práctica una modulación de impulsos en posición o PPM combinada con una modulación de impulsos en amplitud o PAM.

6. Dispositivo según la reivindicación 4 o la 5, caracterizado porque cada antena de la citada pluralidad de antenas de emisión está destinada a efectuar una multiplicación término a término de una secuencia de símbolos de aprendizaje (S_Nsec,..., S₁) con una secuencia de códigos de paridad (c^{(i) _{N sec}},..., c^{(j) _{1}), donde cada código de paridad verifica la relación siguiente:

donde N_sec es el tamaño de los símbolos, (c⁽ⁱ⁾ es el k^ésimo elemento del código de paridad de la i^ésima antena y P es el número total de antenas de emisión.

7. Procedimiento de recepción de señales de banda ultra-ancha por intermedio de una pluralidad de antena de recepción, caracterizado porque consiste en recibir señales emitidas por medio de un procedimiento de emisión según la reivindicación 1, la 2 o la 3 y porque comprende las etapas siguientes:

- construcción de un vector de decisión efectuando, para cada antena de recepción, P filtrados adaptados a los impulsos emitidos por las diferentes antenas de emisión, donde P es el número de antenas de emisión;

- detección de los símbolos emitidos utilizando el vector de decisión y una matriz de canal.

8. Dispositivo de recepción de señales de banda ultra-ancha que comprende una pluralidad de antenas de recepción, caracterizado porque está adaptado a recibir señales emitidas por medio de un dispositivo de emisión según la reivindicación 4, la 5 o la 6 y porque comprende:

- un módulo de construcción de un vector de decisión apto para efectuar, para cada antena de recepción, P filtrados adaptados a los impulsos emitidos por las diferentes antenas de emisión, donde P es el número de antenas de emisión;

- un módulo de decisión apto para detectar los símbolos emitidos utilizando un vector de decisión y una matriz de canal.