Metodo de codificación/decodificación y sistema de transmisión-recepción mimo retrocompatible para sistemas mimo.

Método de codificación/decodificación y sistema de transmisión-recepción mimo retrocompatible para sistemas mimo.

Método de codificación/decodificación-temporal para un sistema MIMO retrocompatible con cualquier sistema que no utilice técnicas espacio-temporales en el receptor que comprende, al menos, (a) un subproceso de transmisión de señal, que comprende a su vez las siguientes etapas, y(b) un subproceso de recepción de las señales, y donde este método es aplicable fundamentalmente al sistema TDT de segunda generación conocido como DVB-T2. Gracias al método así descrito, los receptores con varias antenas pueden lograr mejores prestaciones en cuanto a calidad de señal o velocidad binaria, requeridas en el futuro estándar del DVB-T2, mientras que los receptores de primera generación pueden seguir funcionando gracias retrocompatibilidad

Tipo: Patente de Invención. Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: P200802213.

Solicitante: UNIVERSIDAD POLITECNICA DE MADRID.

Nacionalidad solicitante: España.

Provincia: MADRID.

Inventor/es: MARTINEZ RODRIGUEZ OSORIO, RAMON, DE HARO Y ARIET,LEANDRO, GOMEZ CALERO,CARLOS.

Fecha de Solicitud: 24 de Julio de 2008.

Fecha de Publicación: .

Fecha de Concesión: 10 de Junio de 2011.

Clasificación PCT:

  • H04B7/04 SECCION H — ELECTRICIDAD.H04 TECNICA DE LAS COMUNICACIONES ELECTRICAS.H04B TRANSMISION.H04B 7/00 Sistemas de radiotransmisión, es decir, utilizando un campo de radiación (H04B 10/00, H04B 15/00 tienen prioridad). › utilizando varias antenas independientes espaciadas.
  • H04J11/00 H04 […] › H04J COMUNICACIONES MULTIPLEX (peculiar de la transmisión de información digital H04L 5/00; sistemas para transmitir las señales de televisión simultánea o secuencialmente H04N 7/08; en las centrales H04Q 11/00). › Sistemas múltiplex ortogonales (H04J 13/00 tiene prioridad).

Fragmento de la descripción:

Método de codificación/decodificación y sistema de transmisión-recepción MIMO retrocompatible para sistemas MIMO.

Objeto dé la invención

El objeto de la presente invención está referido a un método de codificación que se aplica conjuntamente en el transmisor y receptor de un sistema con múltiples antenas en el transmisor que permita ser compatible con cualquier receptor de TV digital terrestre de primera generación (estándar DVB-T, difusión de vídeo digital terrestre), así como para los receptores de la segunda generación (DVB-T2).

En este método, además de mantener la compatibilidad con los actuales receptores, se mejora las prestaciones de los sistemas de DVB-T, mediante la mejora de eficiencia espectral empleando múltiples antenas en el transmisor y receptor.

Campo de la invención

La presente invención se encuadra en él campo de las telecomunicaciones, en particular, dentro del sector de las antenas inteligentes y, más particularmente, en los sistemas MIMO (Multiple Input Multiple Output, múltiples entradas múltiples salidas). Preferentemente, se aplica a la tecnología DVB-T2 de segunda generación para televisión digital terrestre, aunque también es aplicable a otras tecnologías de radiocomunicación similares.

Antecedentes de la invención

La difusión de TV digital terrestre (TDT) se implantó para evolucionar del sistema analógico al digital. En el año 2010 no existirá ninguna emisión analógica en España, con lo que la TDT deberá estar extendida a todos los usuarios.

Las ventajas introducidas por la TDT frente al sistema tradicional donde la imagen y sonido se transmiten mediante modulación analógica son numerosas:

1º. Permite una mayor calidad de imagen y sonido. Ambos son codificados mediante una adaptación estándar MPEG-2 siendo la calidad resultante directamente proporcional a la velocidad binaria con la que se codifica cada uno de los flujos. En el estándar DVB-T (Digital Video Broadeasting - Terrestrial, es decir, emisión de vídeo digital terrestre) el flujo binario resultante de codificar imagen, sonido y los datos del programa se transmite utilizando una modulación OFDM (Orthogonal Frequency División Multiplexing - multiplexado ortogonal por división de frecuencia).

2º. La TDT supone un mejor aprovechamiento del espectro que la TV analógica tradicional. Para la transmisión de un canal UHF analógico se requiere una canalización de 8 MHz, mientras que la transmisión digital permite que, en el ancho de banda disponible, en un solo canal UHF (unos 20 Mbps en la actual configuración en España) se puedan transmitir varios programas simultáneamente.

3º. Por último, la TDT permite mayor flexibilidad de las emisiones y servicios adicionales. En cada canal radio se emite un único flujo MPEG-2 que puede contener un número arbitrario de flujos de vídeo, audio y datos.

Para mejorar la eficiencia espectral y mejorar la recepción en móviles, es necesario imponer una serie de requisitos a la TDT de los que actualmente carece. Este es el caso de la segunda versión del DVB-T: DVB-T2. En este futuro estándar se requiere mayor eficiencia espectral para receptores fijos de servicio HDTV (High Definition Televisión) y usuarios móviles, un sistema eficiente de potencia y un incremento de la robustez de la señal, entre otros aspectos.

Descripción de la invención

Para paliar los problemas arriba mencionados, se presentan los sistemas MIMO como solución. Dichos sistemas se basan en situar múltiples antenas tanto en el transmisor como en el receptor. Las ventajas principales que aportan estos sistemas son la mejora frente a desvanecimientos del canal de propagación por diversidad espacial y la ganancia de capacidad por multiplexación espacial. Los sistemas MIMO combaten las pérdidas por desvanecimiento debidas al multitrayecto utilizando la ortogonalidad entre los subcanales oreados entre cada par de antenas transmisoras-receptoras. A medida que aumenta el número de antenas en ambos extremos disminuye la probabilidad de que los subcanales de propagación se desvanezcan simultáneamente mejorando, por tanto, la calidad de servicio que percibe el usuario.

En el método de la presente invención, la señal binaria llega a los medios de modulación digital, generando como resultado una modulación tipo QPSK, 16-QAM, 64-QAM ó 256-QAM. Los elementos de salida son enviados a los medios de formación de trama, además de la inserción de los elementos que se usarán en el receptor para la corrección de fase, frecuencia y estimación del canal y se pasa la señal al modulador OFDM, donde se realiza una transformación IFFT (inversa de la transformada rápida de Fourier). La señal a la salida se introduce en un codificador espacio-temporal, encargado de combinarlas señales y conformar el transmisor del sistema MIMO.

Así pues, dentro de la codificación, consideramos un array de M=2 elementos en el transmisor y N=2 elementos en el receptor, de manera que se obtiene una diversidad espacial al usar múltiples antenas separadas una cierta distancia. El método de codificación propuesto es:


Donde * denota el complejo conjugado. De este modo, cada fila representa el dominio espacial y cada columna, el dominio temporal. Para el caso de dos antenas y dos periodos de símbolo consecutivos, T1 y T2, en el primer periodo T1 se transmite γ1s1 por la primera antena y -γ2s2* por la segunda antena. En el segundo periodo T2 se transmite γ1s2 por la primera antena y γ2s1* por la segunda antena, donde γ1 y γ2 representan el factor de amplitud por el que se van a multiplicar las señales de la primera y segunda antenas, respectivamente. Debe cumplirse la condición de transmitir la misma potencia total que en el caso de tener una única antena como en los actuales sistemas SISO (Single Input Single Output), condición expresada como:


Para que el esquema de codificación sea ortogonal, es necesario que cumpla:


Y aplicado al caso anterior:


Donde, para que se satisfaga la condición de ortogonalidad debe cumplirse que:


En el actual estado de la técnica, el reparto de la potencia total para cada una de las antenas se hacía equitativo, es decir, con k=1/2, de manera que se cumple la condición. Sin embargo, esto valdría para cualquier sistema MIMO, pero no para que el sistema MIMO sea compatible con el MISO (Multiple Input Single Output) ya que si se transmite igual potencia por cada antena, el receptor MISO no es capaz de distinguir las señales, ya que le llegan señales distintas de, aproximadamente, el mismo nivel de potencia. Por lo tanto, para que el esquema planteado sea compatible con un sistema convencional, es necesario que la potencia transmitida por cada antena sea diferente, ofreciendo mejores prestaciones cuanto mayor sea la diferencia de potencias, transmitiendo por la de mayor potencia la señal compatible con el sistema convencional.

Además, no se tenía en cuenta la polarización de la antena, lo que permite añadir otro grado de diversidad al sistema. Por lo tanto, para ajustar el valor de los factores γ1 y γ2 es necesario tener en cuenta además la diferente polarización de las antenas del transmisor, así como la discriminación de polarización cruzada (XPD) del canal de propagación. Por lo tanto, la retrocompatibilidad con un receptor tradicional DVB-T de una sola antena puede conseguirse si:


Además, un receptor DVB-T2 de dos antenas puede beneficiarse del método de codificación espacio-temporal objeto de esta patente que incluye la diversidad de polarización.

Si se...

 


Reivindicaciones:

1. Método de codificación/decodificación espacio-temporal para un sistema MIMO retrocompatible con cualquier sistema que no utilice técnicas espacio-temporales en el receptor caracterizado porque comprende, al menos:

(a) un subproceso de transmisión de señal, que comprende a su vez las siguientes etapas:

(i)una primera etapa de modulación digital de la señal; (ii)una segunda etapa de inserción de pilotos y formación de trama para corrección de fase, frecuencia y estimación del canal; (iii)una tercera etapa de modulación OFDM, donde se realiza una transformada IFFT; (iv)una cuarta etapa de codificación espacio-frecuencial, de tal forma que se combinen las señales y conformar el transmisor del sistema MIMO, distribuyendo las señales por cada una de las antenas transmisoras (8a, 8b) y factores de amplitud diferentes para cada antena transmisora; (v)una quinta etapa de conversión A/D de las señales digitales para cada una de los subcanales de transmisión, y donde además se suben en frecuencia; (vi)una sexta etapa de amplificación y filtrado; (vii)una séptima etapa de transmisión al medio; y

(b) un subproceso de recepción de las señales.

2. Método según reivindicación 1 caracterizado porque la codificación está basada en:


donde * denota el complejo conjugado, y donde cada fila representa el dominio espacial y cada columna, el dominio temporal; para el caso de dos antenas y dos periodos de símbolo consecutivos, T1 y T2, en el primer periodo T1 se transmite γ1s1 por la primera antena y -γ2s2* por la segunda antena, mientras que en el segundo periodo T2 se transmite γ1s2 por la primera antena y γ2s1* por la segunda antena, donde γ1 y γ2 representan el factor de amplitud por el que se van a multiplicar las señales de la primera y segunda antenas, respectivamente.

3. Método según reivindicaciones 1 y 2 caracterizado porque se transmite la misma potencia total que en el caso de tener una única antena como en los actuales sistemas SISO (Single Input Single Output), condición expresada como:


4. Método según reivindicaciones 1 a 3 caracterizado porque para que el esquema de codificación sea ortogonal, es necesario que cumpla:


donde, para que se satisfaga la condición de ortogonalidad debe cumplirse que:


5. Método según reivindicaciones 1 a 4 caracterizado porque para ajustar el valor de los factores γ1 y γ2 se tiene en cuenta, además, la diferente polarización de las antenas del transmisor, así como la discriminación de polarización cruzada (XPD) del canal de propagación; y donde la retrocompatibilidad con un receptor tradicional DVB-T de una sola antena se consigue con:


6. Método según reivindicaciones anteriores caracterizado porque dado que la potencia transmitida es distinta para cada antena y que es necesario que el receptor sea capaz de anular la influencia de un símbolo en el otro símbolo recibido (esto es, que sea ortogonal) se introduce un nuevo factor que permita estimar los elementos enviados, considerando así un nuevo subcanal virtual entre cada par de antenas transmisor-receptor.

7. Método según reivindicación 6 caracterizado porque el subcanal virtual es el equivalente al que tendría el sistema si no se hubiese introducido ningún factor γ en la matriz de codificación X; y donde para asegurar la ortogonalidad de la codificación, en el receptor es necesario introducir un factor de amplitud βj de manera que:


así pues, para realizar la correcta estimación de los símbolos, suponiendo conocimiento perfecto del canal en el receptor, se utilizan las definiciones de r1, r2, r'1 y r'2, aplicando la siguiente regla de decisión que tiene en cuenta la anterior ecuación de hν}ij:


donde tilde{s1 y tilde{s}2 representan las estimaciones de los símbolos transmitidos s1 y s2, respectivamente.

8. Método según reivindicación 7 caracterizado porque para que el código sea ortogonal, es necesario anular los componentes del símbolo no deseado cuando no se estima el adecuado, donde tiene que cumplirse que:


y donde para cumplir la condición de ortogonalidad es necesario que los canales virtuales creados sean los canales amplificados tanto como se haya atenuado la señal de cada antena, es decir:


para cualquier valor de μ; los parámetros γ1 y γ2 deben ser conocidos en el receptor, ya que son parámetros elegidos en la etapa de diseño y pueden variar en función de las prestaciones que se deseen obtener para los usuarios convencionales que utilicen receptores de primera generación, así como para los usuarios que aprovechen el uso de múltiples antenas en el receptor.

9. Método según reivindicaciones anteriores caracterizado porque la retrocompatibilidad del sistema MIMO con el MISO utiliza el esquema de codificación definido por la matriz de codificación X junto con el decodificador definido por tilde{s}1, y tilde{s}2 de manera que se cumpla que:


10. Sistema MIMO según reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el sistema es retrocompatible con un MISO que utiliza el estándar de DVB-T y la información de los factores β1 y β2 es enviada entre los bits s40 y s53 de las portadoras piloto TPS (Transmission Parameter Signaling), según el estándar de DVB-T.


 

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