PROCEDIMIENTO Y ECUALIZADOR PARA LA DETECCIÓN DE SECUENCIAS DE SÍMBOLOS DE DATOS TRANSMITIDAS A TRAVÉS DE UN CANAL DE TRANSMISIÓN VARIABLE EN EL TIEMPO.

- Procedimiento para detectar al menos una secuencia (d 1(k ) ,

..., d u(k ) ,..., d U(k ) ) de símbolos de datos enviada perteneciente en cada caso a una señal transmitida a través de un canal de transmisión variable en el tiempo en cada caso a partir de una secuencia "r (k ) " de símbolos de datos recibida perteneciente a una única señal recibida, en el (k ) (k ) (k ) que la respuesta (h (k ) ,...,h u(k ) ,...,hU(k )) a impulso del correspondiente canal de transmisión y el correspondiente símbolo (d 1(k),...,d 2(k),...,d u(k)) de datos transmitido actualmente se estiman de forma alternante para cada instante (k), seleccionándose para la estimación del símbolo (d 1(k),...,d 2(k),...,dU (k)) de datos enviado en cada caso en el instante (k) los estados (Si) del diagrama de estados en los que las métricas (M --(k ) ) ampliadas, calculadas de forma iterativa y compuestas en cada caso por una métrica (M ˜(k ) ) de trayectoria y un término (δ(k)) de ampliación, son mínimas, caracterizado porque el numerador del término (δ (k)) de ampliación se obtiene únicamente de la diferencia entre los símbolos (r(k + 1), r(k + 2), r(k + 3), ...) de datos recibidos en instantes (k + 1, k + 2, k + 3) futuros y las estimaciones (d˜(k ) --1 ,...,d˜(k ) --u ,...,d˜(k ) --U ) de la secuencia (d 1(k ) ,...,d u(k ) ,...,d U(k ) ) de símbolos de datos enviada en cada caso hasta el instante (k) actual ponderadas con la respuesta ( h˜(k ) ,..., h ˜(k )__ u ,..., h ˜(k )) __ U )a impulso del correspondiente canal de transmisión estimada en el instante (k) actual

La invención se refiere a un procedimiento y un ecualizador para la detección de secuencias de símbolos de datos transmitidas por un canal de transmisión variable en el tiempo con un reducido esfuerzo de tratamiento de las señales.

Pueden producirse perturbaciones en las señales recibidas en un canal de transmisión real (por ejemplo, en una red de comunicación móvil), entre otras cosas, por interferencias entre símbolos, por la superposición de diferentes señales de emisión que resultan de varios dispositivos emisores de comunicación móvil procedentes de celdas contiguas en la misma franja de frecuencias (perturbadores de canal común) o de diferentes franjas de frecuencias (perturbadores de canal secundario), o por la superposición de señales de emisión idénticas que emite un único usuario a través de diferentes emisores (diversidad en el lado de emisión con codificación de espacio y tiempo o diversidad generadora de retardos).

Una señal de recepción perturbadora que se presenta tras la demodulación como secuencia de símbolos de datos distorsionada debe transmitirse a un ecualizador en varias corrientes de datos correspondientes a las distintas secuencias de símbolos de datos enviadas. Un grupo importante de procedimientos de detección o ecualización son los procedimientos de máxima probabilidad (Maximum Likelihood), en los que las secuencias de símbolos de datos enviadas distorsionadas se comparan con todas las secuencias de símbolos de datos no distorsionadas posibles a partir de un alfabeto de símbolos de datos utilizado durante la modulación y se selecciona como estimación para la secuencia de símbolos de datos enviada la secuencia de símbolos de datos no distorsionada que presente una distancia euclidiana mínima respecto a la secuencia de símbolos de datos distorsionada recibida.

La complejidad de la estimación de las distintas secuencias de símbolos de datos en el ecualizador depende de la magnitud del alfabeto de símbolos utilizado y de la medida de las interferencias. La pluralidad de combinaciones de posibles secuencias de símbolos de datos se representa en un diagrama de estado, preferiblemente en un diagrama de Trellis, mediante estados seleccionados en la estimación. La selección de la secuencia de estados sucesivos de la pluralidad de secuencias de estados se optimiza, en el caso del algoritmo de Viterbi utilizado habitualmente, mediante la selección de una o varias de las denominadas “trayectorias de supervivencia”.

Debido a la variabilidad en el tiempo del canal de transmisión, durante la minimización de la distancia euclidiana en cada transición de estado no solo ha de estimarse el símbolo de datos perteneciente al estado seleccionado en el instante actual, sino también la respuesta a impulso del canal de transmisión en el instante actual, lo que incrementa adicionalmente la complejidad de la estimación.

En la solicitud de patente anterior no publicada previamente DE102006029464.5, la métrica de la trayectoria que ha de minimizarse para la selección de los estados en las distintas trayectorias de supervivencia en el instante actual en relación con una estimación de los símbolos de datos transmitidos en el instante actual a través de los distintos canales de transmisión y también la estimación de las respuestas a impulso del canal correspondientes a los distintos canales de transmisión en el instante actual se calcula de forma iterativa.

Dado que, debido a la operación de plegado, al calcular la estimación de la secuencia de símbolos de datos recibida de forma correspondiente en instantes futuros se introducen valores de estimación para respuestas a impulso de canal y símbolos de datos enviados de forma correspondiente en el instante actual o en instantes precedentes que ya están determinados en el instante actual, estos pueden considerarse en un término de ampliación que, junto con la métrica de trayectoria calculada de forma iterativa, forma una métrica de trayectoria ampliada.

Dado que en el instante actual aún no se conocen símbolos de datos recibidos y enviados en el futuro, la métrica ampliada para el instante actual se determina como valor pronosticado de las diferencias entre los símbolos de datos recibidos en instantes futuros y los símbolos de datos de las secuencias de símbolos de datos enviadas en instante futuros ponderados con la respuesta a impulso estimada en el instante actual del canal de transmisión correspondiente, correspondiendo el número de los instantes futuros a la longitud de impulso, reducida el factor 1, de la respuesta a impulso de canal correspondiente.

De esta manera, se considera toda la energía del símbolo de datos enviado en el instante actual en la estimación de la secuencia de símbolos de datos recibida en el instante actual y, con ello, se minimiza el error de estimación en la corrección de una secuencia de símbolos de datos recibida que se transmite en un canal de transmisión correspondiente con una respuesta a impulso de canal con una longitud de impulso superior a 1.

En la introducción y el cálculo de una métrica de trayectoria ampliada durante la estimación de las distintas secuencias de símbolos de datos resulta desventajoso el esfuerzo numérico relativamente elevado en el tratamiento de las señales.

Por tanto, el objetivo de la invención es perfeccionar un procedimiento para la ecualización y un ecualizador de modo que en cada instante se realice una estimación combinada de la respuesta a impulso de canal y los símbolos de datos mediante iteración con un reducido esfuerzo en el tratamiento de las señales.

El objetivo se alcanza mediante un procedimiento según la invención para la detección de secuencias de símbolos de datos transmitidas a través de un canal de transmisión variable en el tiempo con reducido esfuerzo en el tratamiento de las señales con las características de la reivindicación 1 y un ecualizador correspondiente según la invención con las características de la reivindicación 21.

En el procedimiento según la invención y el ecualizador según la invención se emplean, durante el cálculo de la métrica de trayectoria ampliada para los símbolos de datos enviados en instantes futuros, en lugar de valores esperados, valores nulos. De esta manera, la relación matemática para calcular la métrica de trayectoria ampliada se reduce el

U min(Lh , j1)

término hˆ(n) . En consecuencia, en cada instante debe realizarse un esfuerzo en el tratamiento de las

u u0 n0

señales reducido en este término matemático, en comparación con las enseñanzas técnicas de la solicitud DE102006029464.5.

Las siguientes ampliaciones ventajosas del procedimiento según la invención y el dispositivo según la invención se exponen en las reivindicaciones dependientes.

Al igual que en el algoritmo de Viterbi, en el instante actual se seleccionan los estados del diagrama de Trellis que presentan una métrica de trayectoria mínima. En una primera forma de realización de la invención, en la selección mediante la minimización de la métrica de trayectoria ampliada se consideran únicamente los estados que se desprenden de un estado común en el instante precedente, mientras que en la segunda forma de realización de la invención, en la selección de los estados mediante la minimización de la métrica de trayectoria ampliada, se utilizan todos los estados en el instante actual que se desprenden de todos los estados en el instante precedente.

El procedimiento según la invención puede consultar no solo, tal como se ha mostrado hasta el momento, el diagrama de Trellis primero “a lo ancho" tras una estimación óptima para la secuencia de símbolos de datos enviada de forma correspondiente (procedimiento "breadth first"), sino también, en otra forma de realización de la invención, consultar el diagrama de Trellis primero “en profundidad” tras una estimación óptima para la secuencia de símbolos de datos enviada de forma correspondiente (procedimiento “deepth first”) apoyándose en el algoritmo de pila (Stack).

Durante el cálculo iterativo de la métrica de trayectoria ampliada de un estado en el instante actual se añade a la métrica de trayectoria ampliada del estado precedente en el instante precedente la métrica de bifurcación correspondiente que se obtiene del producto de un primer y un segundo error de estimación a priori. A su vez, el primer o el... [Seguir leyendo]

(k)(k )(k) 

1. Procedimiento para detectar al menos una secuencia d,..., d ,..., d de símbolos de datos

1 uU

enviada perteneciente en cada caso a una señal transmitida a través de un canal de transmisión variable en el tiempo en

(k) 

cada caso a partir de una secuencia r de símbolos de datos recibida perteneciente a una única señal recibida, en el

(k )(k)(k) 

que la respuesta h ,...,h ,...,h a impulso del correspondiente canal de transmisión y el correspondiente

uU

símbolo d (k),...,d (k),...,d (k) de datos transmitido actualmente se estiman de forma alternante para cada

12 U

instante (k), seleccionándose para la estimación del símbolo d (k),...,d (k),...,d (k) de datos enviado en cada

12 U (k )



caso en el instante (k) los estados (Si) del diagrama de estados en los que las métricas M ampliadas, calculadas

~( ) 

de forma iterativa y compuestas en cada caso por una métrica Mk de trayectoria y un término  (k) de

ampliación, son mínimas, caracterizado porque el numerador del término  (k) de ampliación se obtiene únicamente

de la diferencia entre los símbolos (r(k + 1), r(k + 2), r(k + 3), …) de datos recibidos en instantes (k + 1, k + 2, k + 3) futuros

 ˆ(k ) ˆ(k ) ˆ(k )  (k)(k)(k) 

y las estimaciones d,...,d ,...,d  de la secuencia d ,...,d ,...,d de símbolos de datos enviada

1 uU 1 uU

(k )(k )(k )

 ˆˆˆ 

en cada caso hasta el instante (k) actual ponderadas con la respuesta h,..., h ,..., h  a impulso del

 uU 

correspondiente canal de transmisión estimada en el instante (k) actual.

~( ) 

2. Procedimiento para la detección según la reivindicación 1, caracterizado porque la métrica Mk de un

estado (Si) en el instante (k) actual se calcula de forma iterativa a partir de la métrica M ~(k 1)  de trayectoria ampliada

del estado (Si) precedente en cada caso más una métrica de bifurcación entre el estado (Si) precedente en cada caso en el instante (k-1) precedente y el estado (Si) en el instante (k) actual.

3. Procedimiento para la detección según la reivindicación 2, caracterizado porque la métrica de bifurcación entre el estado (Si) precedente en cada caso en el instante (k-1) precedente y el estado (Si) en el instante (k) actual tiene

(k/k-m); e(k/k-n)

en consideración una función de un producto (e(k/k-n) · e · e(k/k)) de un primer error (e(k/k-n)) de estimación a priori y un segundo error (e(k/k-m)) de estimación a priori o un segundo error (e(k/k)) de estimación a posteriori, y el primer error (e(k/kn)) de estimación a priori, el segundo error (e(k/k-m)) de estimación a priori y el error e(k/k) de estimación a posteriori se

(k ) 

calculan en cada caso entre la secuencia r de símbolo de datos recibida hasta el instante (k) actual y la estimación

(k)T (k)(k)T (k )(k )T (k)

 ˆˆ ˆˆ ˆˆ  (k ) 

d h  ...  d  h  ... d  h  de la secuencia r de símbolos de datos recibida hasta el

11 uu UU



instante (k) actual.

4. Procedimiento para la detección según la reivindicación 3, caracterizado porque la función es una función de formación de valor.

5. Procedimiento para la detección según la reivindicación 3, caracterizado porque la función es una función que forma una parte real.

6. Procedimiento para la detección según una cualquiera de las reivindicaciones 3 a 5, caracterizado porque la estimación

TTT

(k )(kn)(k)(kn)(k)(kn)

 ˆˆ ˆˆ ˆˆ

d  h  ...  d  h  ...  d  h ,

11 uu UU



TTT

(k )(k1) (k )(k1) (k )(k1)

ˆˆ ˆˆ ˆˆ

d  h  ...  d  h  ...  d  h ;

11 uu UU

TTT

(k )(km)(k )(km)(k )(km)

ˆˆ ˆˆ ˆˆ

d  h  ...  d  h  ...  d  h ;

11 uu UU

5

10

15

20

25

30

35

TTT

(k )(k )(k )(k )(k )(k )

ˆˆ ˆˆ ˆˆ 

d  h  ...  d  h  ...  d  h 

11 uu UU



(k ) 

de la secuencia r de símbolos de datos recibida hasta el instante (k) actual del primer error (e(k/k-n)), (e(k/k-1)) de

estimación a priori, del segundo error (e(k/k-m)) de estimación a priori y del error (e(k/k)) de estimación a posteriori se calcula a

 ˆ(k) ˆ(k ) ˆ(k)  (k )(k )(k ) 

partir de la estimación d,...,d ,...,d  de la secuencia d,...,d ,...,d de símbolos de datos

1 uU 1 uU

(kn)(kn)(kn)

enviada hasta el instante (k) actual ponderada con una respuesta  hˆ ,...,hˆ ,...,hˆ ;

1 uU

(k 1) (k1) (k1) (km)(km)(km)(k )(k )(k ) 

ˆˆˆˆ ˆ ˆˆˆˆ

h ,..., h ,..., h ; h ,...,h ,...,h ; h,...,h ,...,h  a impulso del correspondiente

1 uU 1 uU 1 uU



canal de transmisión estimada en un primer o un segundo instante (k-n; k-1; k-m; k).

7. Procedimiento para la detección según la reivindicación 6, caracterizado porque el primer instante (k – n, k – 1) del primer error (e(k/k-n), e(k/k-1)) de estimación a priori es un instante (k-n) que precede al instante (k) actual en n instantes, y el segundo instante (k – m) del segundo error (e(k/k-m)) de estimación a priori es un instante (k – m ) que precede al instante (k) actual en m instantes.

8. Procedimiento para la detección según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado porque en

M ~(k)  (k )(k)(k) 

d,...,d ,..., d

12 U

el caso de la métrica calculada de forma iterativa, los símbolos de datos enviados

(k)(k )(k ) 

d,..., d ,..., d

12 U

anteriormente se ponderan con menor valor que los símbolos de datos enviados posteriormente.

9. Procedimiento para la detección según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizado porque

(k )(k )(k) 

d,...,d , ...,d

1 uU

para la estimación de la secuencia de símbolos de datos enviada en cada caso hasta el instante (k) actual se selecciona una trayectoria de forma sucesiva a partir de estados (Si) sucesivos mientras la métrica

(k )



M de trayectoria ampliada del último estado (Si) seleccionado sea menor que un valor umbral y, en caso contrario, 

la trayectoria se continua de forma iterativa en uno de los estados (Si) seleccionados previamente con un estado (Si)

(k )



alternativo o, respectivamente, sus estados (Si) subsiguientes si sus métricas M de trayectoria ampliada son

 menores que el valor umbral.

10. Procedimiento para la detección según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizado porque se seleccionan los estados (Si) en el instante (k) actual que, de todos los estados (Si) en el instante (k) actual, presenten una

(k )



métrica M de trayectoria ampliada mínima. 

11. Procedimiento para la detección según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizado porque se seleccionan los estados (Si) en el instante (k) actual que, de todos los estados (Si) que en el instante (k-1) precedente

(k )



presentan un estado (Si) precedente común en cada caso, presentan una métrica M de trayectoria ampliada

 mínima en el instante (k) actual.

12. Procedimiento para la detección según la reivindicación 10 u 11, caracterizado porque en el caso de una gran diferencia en la potencia de señal entre señales de menor potencia y señales de mayor potencia, solo se siguen adicionalmente los estados (Si) en el instante (k) actual que estén asociados con un punto (M') de hipótesis de símbolos

de datos en cada caso con las mínimas distancias euclidianas respecto al símbolo d1(k),..., d (k), ..., d (k) de

uU

datos recibido para cada señal de menor potencia.

13. Procedimiento para la detección según la reivindicación 12, caracterizado porque para la determinación del punto (M') de hipótesis de símbolos de datos en cada caso con las mínimas distancias euclidianas respecto al símbolo

U

(k)

de datos recibido se calcula para cada señal de menor potencia en el instante (k) la

1(k),..., d (k), ..., d

u

d

relación entre la potencia de señal medida de la(s) señal(es) de mayor potencia y la potencia de señal medida de la(s) señal(es) de menor potencia.

14. Procedimiento para la detección según la reivindicación 13, caracterizado porque el número (M') se predetermina de forma proporcionalmente inversa a la relación entre la potencia de señal medida de la(s) señal(es) de mayor potencia y la potencia de señal medida de la(s) señal(es) de menor potencia.

15. Procedimiento para la detección según la reivindicación 13 o 14, caracterizado porque la potencia de señal de una señal transmitida a través de un canal de transmisión se mide determinando la potencia de señal de la respuesta a impulso de canal asociada con el canal de transmisión correspondiente.

16. Procedimiento para la detección según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 15, caracterizado porque



(k )(k )(k )

ˆˆˆ

h1 ,..., h ,..., hU

la hipótesis





de estimación de canal en el instante (k) actual se determina de forma iterativa

u

mediante un procedimiento adaptivo y recursivo de estimación de canal a partir de una hipótesis

1) 1)1)







k k

k

( (

(





ˆ

h

ˆ

h

ˆ

h

de estimación de canal estimada en el instante (k – 1) precedente.

,...,

,...,

U

1

u

17. Procedimiento para la detección según la reivindicación 16, caracterizado porque el procedimiento de estimación de canal adaptivo y recursivo es el algoritmo mínimo cuadrático recursivo.

18. Procedimiento para la detección según la reivindicación 17, caracterizado porque para el cálculo iterativo de

(k )(k )(k )

ˆˆˆ

h1 ,..., h ,..., hU

la hipótesis





de estimación de canal se determina para cada estado (Si) seleccionado en el

u

(k ) 

instante (k) actual un error (e(k/k-1)) de estimación a priori entre la secuencia r de símbolos de datos recibida hasta el

(k)(k )(k)

ˆˆ

dd

instante (k) actual y la estimación



ˆ

d









()() (k ) 

de la secuencia d

U

1) 1) 1)

kk

d d

de símbolos de

,...,

,...,

,...,

, ...,

1

U

1

u u

k k k

( ( (





ˆ

h

ˆ

h

ˆ

h

datos enviada hasta el instante (k) actual ponderada con la respuesta a impulso del canal

,...,

,...,

U

1

u

de transmisión estimada en el instante (k – 1) precedente para el estado (Si) precedente en cada caso. 19. Procedimiento para la detección según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 16, caracterizado porque

(k )(k )(k )

ˆˆˆ

h1 ,..., h ,..., h

la hipótesis





de estimación de canal en el instante (k) actual se determina a través de un

Uu k



n k



n k

( )( )(



n

)





ˆ

h

ˆ

h

ˆ

h

procedimiento de estimación de canal adaptivo a partir de la hipótesis de estimación de

,...,

,...,

U

1

u k



k



n k

( )( )(



n

)

ˆ

h

ˆ

h

ˆ

h

n



canal pasada de menor antigüedad de todas las hipótesis ;

,...,

,...,

U

1

u

k



k



k k



k



k

( 2n)(

2n)(



2n)( 3n)( 3n)(



3n)



, … de estimación de canal estimadas en los

ˆ

h

ˆ

h

ˆ

h

ˆ

h

ˆ

h

ˆ

h

;

,...,

,...,

,...,

,...,

U U

1

1

u

u

instantes k – n, k – 2·n, k – 3·n, … con una trama n temporal constante. 20. Procedimiento para la detección según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 16, caracterizado porque

(k )(k )(k )

ˆˆˆ

h1 ,..., h ,..., hU

la hipótesis





de estimación de canal en el instante (k) actual se determina a través de un

u

(0) (0) (0)

ˆˆˆ

h1 ,..., h ,..., hU





de estimación de canalprocedimiento de estimación de canal adaptivo a partir de la hipótesis

u

estimada al comienzo (0) de la transmisión.

(k )(k )(k ) 

21. Ecualizador para la detección de al menos una secuencia d,...,d , ...,d de símbolos de datos

1 uU

enviada perteneciente en cada caso a una señal transmitida a través de un canal de transmisión variable en el tiempo en

(k ) 

cada caso a partir de una secuencia r de símbolos de datos recibida perteneciente a una única señal recibida, en el

22

(k )(k )(k ) 

que para cada instante (k) se estima de forma alternante la respuesta h,..., h ,..., h a impulso del canal de

1 uU

transmisión correspondiente y el símbolo d (k),..., d (k), ..., d (k) de datos enviado actualmente en cada caso,

12 U

seleccionándose para la estimación del símbolo d (k),..., d (k), ..., d (k) de datos enviado en el instante (k)

12 U

actual los estados (Si) del diagrama de estados en los que las métricas



(k )

M



ampliadas, calculadas de forma iterativa

 (k)



M ~(k) 

y compuestas en cada caso por una métrica  de trayectoria y un término

de ampliación, son mínimas,

 (k)

símbolos (r(k + 1), r(k + 2), r(k + 3), …) de datos recibidos en instantes (k + 1, k + 2, k + 3) futuros y las estimaciones



caracterizado porque el numerador del término de ampliación se obtiene únicamente de la diferencia entre los

(k)(k )(k )

ˆˆ

dd

() () (k ) 

de la secuencia d

U



ˆ

d



kk

d d

de símbolos de datos enviada en cada caso hasta

,...,

,...,

,...,

,...,

1

U

1

u u

(k )(k )

ˆ ˆ(k )ˆ

h,..., hu ,..., h





a impulso del correspondiente canal deel instante (k) actual ponderada con la respuesta

U

10 transmisión.

22. Medio de almacenamiento digital con señales de control legibles de forma electrónica que puede actuar

conjuntamente con un procesador de señales digital o un ordenador programable de modo que se realice el procedimiento

según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 20.

23. Programa informático con medios de codificación de programas para poder realizar todos los pasos según 15 una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 20 cuando el programa se ejecuta en un ordenador o un procesador de señales digital.