Aparato para la construcción de vectores cuasiortogonales.

Un sistema de transmisión para su uso en un sistema de comunicaciones con vectores de código ortogonal para transmitir señales de mensaje,

que comprende:

un medio para formar una primera matriz M' de vectores, usando una primera serie de desplazamientos cíclicos de una secuencia-m determinada en base a un polinomio primitivo, y para extender la primera matriz M' de vectores a fin de obtener una primera matriz extendida M;

un medio para formar una segunda matriz de vectores, usando una segunda serie de desplazamientos cíclicos de una segunda secuencia determinada en base a un periodo de una versión elevada del polinomio primitivo, y para extender la segunda matriz de vectores a fin de obtener una segunda matriz extendida;

un medio para permutar la primera matriz M extendida de vectores a fin de proporcionar un vector de código ortogonal a partir de la primera matriz M' de vectores;

un medio para determinar las operaciones de permutación del resultado a partir del medio para permutar;

un medio para aplicar las operaciones de permutación determinadas a la segunda matriz extendida, a fin de proporcionar un vector de código cuasiortogonal; y

un medio (110) para aplicar el vector de código cuasiortogonal a una señal de mensaje a fin de proporcionar una señal de mensaje codificada y transmitir la señal de mensaje codificada.

Aparato para la construcción de vectores cuasiortogonales Antecedentes de la invención I. Campo de la invención La presente invención se refiere al campo de los sistemas de comunicaciones y, en particular, a la transmisión de señales de mensaje codificadas ensanchadas dentro de sistemas de comunicaciones.

II. Descripción de la técnica anterior Es bien conocido en la técnica de las comunicaciones el mezclar señales de mensaje que van a transmitirse con vectores de código de ensanchamiento. Esto permite combinar, transmitir y separar entre sí las señales de mensaje tras la transmisión. La característica más útil de un conjunto de vectores de código adecuados para este fin es que los vectores de código de ensanchamiento son mutuamente ortogonales. Esto permite una interferencia teórica de cero entre las señales de mensaje. Los vectores de código utilizados más comúnmente para este fin son los vectores de código Walsh.

El número total de vectores de código binarios que tienen una longitud n es 2n. Sin embargo, del número total de vectores binarios 2n dentro del espacio total de vectores, solamente n son mutuamente ortogonales. Por ejemplo, cuando n=8 hay 256 vectores binarios diferentes. Solamente 8 de los 256 vectores son mutuamente ortogonales. Por tanto, en un sistema en el que n=8, normalmente sólo 8 señales de mensaje pueden combinarse y separarse de esta manera y solamente puede darse soporte a 8 usuarios simultáneamente. Asimismo, si n=128 entonces puede darse soporte a 128 usuarios simultáneamente. Algunos de los vectores pueden estar inactivos durante algún tiempo, permitiendo así dar servicio a más de n usuarios. Sin embargo, el tamaño de los vectores de código todavía limita el tamaño del sistema de comunicaciones.

Un conjunto W de vectores w de código que cumplen el requisito de ortogonalidad para una interferencia teórica de cero puede representarse según lo siguiente:

en las que cada vector wi es un vector columna que utiliza un alfabeto de 0/1 o, de manera equivalente, un alfabeto de -1/+1. En lo sucesivo en el presente documento, un conjunto de vectores de código que utiliza el alfabeto de 0/1 se expresa como Wb, n y un conjunto que utiliza el alfabeto de -1/+1 se expresa como Wn.

Como todos los vectores w en el conjunto W son ortogonales entre sí, el producto escalar de dos vectores cualesquiera en el conjunto debe ser cero. Esto puede representarse como:

en la que x e y puede tener cualquier valor entre 1 y n, x t y, y (wx, wy) es igual a De manera equivalente, lo anterior puede ser el siguiente producto de matrices: 5

También:

Representando el i-ésimo símbolo de datos que va a transmitirse como di y el número totales de señales de transmisión como k, la señal S de transmisión total transmitida por una estación base a una estación móvil es:

La estación móvil recibe la señal S de transmisión total e intenta eliminar todas las señales de mensaje excepto la suya propia.

Con el fin de eliminar los otros mensajes, la estación móvil puede multiplicar la señal S por la traspuesta de su propio vector de código Walsh. Un ejemplo en el que i = 1 es el siguiente:

en la que el primer término en el lado derecho representa la señal deseada. El segundo término en el lado derecho representa la interferencia de todas las señales de mensaje restantes mezcladas con sus códigos Walsh individuales. La resolución de esta ecuación proporciona:

Por tanto, la separación de las señales de mensaje transmitidas en el receptor depende de una correlación cero entre la señal deseada y todas las demás señales de mensaje.

Con el fin de utilizar los sistemas de comunicaciones de la manera más efectiva posible, es deseable transmitir simultáneamente y separar tantas señales de mensaje como sea posible. Sin embargo, solamente es posible mezclar n señales de mensaje y separarlas con interferencia cero porque solamente están disponibles n vectores ortogonales, según se ha descrito anteriormente. Para superar esta limitación, se conoce el uso de funciones cuasiortogonales. Los vectores cuasiortogonales son vectores que son adicionales a los n vectores ortogonales. Los vectores cuasiortogonales se han seleccionado entre los vectores de código restantes en el espacio total de 2n vectores binarios a fin de proporcionar la menor interferencia posible. Específicamente, se seleccionan los vectores cuasiortogonales para proporcionar un nivel de interferencia que esté dentro de límites aceptables, incluso aunque el nivel de interferencia no sea cero.

Con el fin de seleccionar vectores cuasiortogonales, puede realizarse una búsqueda por ordenador dentro del espacio total de 2n vectores para máscaras binarias (alfabeto de +1/-1) . Las máscaras pueden aplicarse a los vectores ortogonales para formar un conjunto nuevo de vectores que son vectores cuasiortogonales. Mediante la aplicación de un total de M máscaras a un conjunto de vectores wn de código Walsh, el número de funciones cuasiortogonales producidas es: (M + 1) n. La aplicación de una máscara m a un vector w ∈ Wn de código incluye una multiplicación componente a componente de la máscara m y el vector w de código ortogonal para obtener el nuevo vector de código:

Puede probarse la interferencia que resulta del uso de los nuevos vectores de código y pueden seleccionarse los vectores de código que proporcionan la menor correlación para proporcionar un conjunto de vectores cuasiortogonales. Puede encontrarse una pluralidad de tales funciones de enmascaramiento para proporcionar una pluralidad de conjuntos de vectores cuasiortogonales a partir de un único conjunto de vectores ortogonales. Con el fin de permitir que las señales de mensaje mezcladas con los vectores cuasiortogonales encontrados por la búsqueda por ordenador se separen entre sí, los vectores cuasiortogonales deberían ser mutuamente ortogonales entre sí. Hay una correlación que no es cero entre al menos un vector de código en el conjunto ortogonal y un vector en el conjunto cuasiortogonal.

Representando los vectores cuasiortogonales como v, puede demostrarse que:

El objetivo de escoger vectores v cuasiortogonales es escoger los vectores tales que sea lo más pequeño posible.

Como su correlación es una medida útil de la magnitud de la separación entre vectores, la correlación normalizada entre dos vectores x e y de código puede definirse como:

La correlación entre dos vectores ortogonales es cero. El valor absoluto inferior de correlación da como resultado una mejor separación entre las señales de mensaje mezcladas con los vectores ortogonales y las mezcladas con vectores cuasiortogonales. Una mejor separación de señales da como resultado una interferencia inferior entre las señales en el momento de la descodificación.

La correlación cuadrática media entre vectores ortogonales y sus correspondientes vectores cuasiortogonales, donde n es una potencia de dos, es 1/n. Puede demostrarse que el límite inferior del valor absoluto de correlación tiene el valor 1/ºn. Esta cantidad se denomina el límite inferior de Holtzman. Se han encontrado máscaras que cumplen con el límite inferior para casos en los que n es una potencia par de dos. Sin embargo, en los casos en los que n es una potencia impar de dos, este límite no se ha cumplido con una igualdad. La menor correlación encontrada en el último caso es º2/ºn. Por tanto, la interferencia de los mejores vectores cuasiortogonales encontrada en el caso de potencia impar de dos utilizando la técnica de búsqueda por ordenador es º2 veces el límite teórico.

Por tanto, es deseable encontrar vectores cuasiortogonales adicionales que tengan una correlación inferior con los vectores ortogonales para el caso en el que n es una potencia impar de 2, a fin de ampliar la capacidad de los sistemas de comunicaciones manteniendo a la vez magnitudes de interferencia aceptablemente bajas.

Resumen de la invención Se enseña un procedimiento de transmisión en un sistema de comunicaciones que tiene vectores de código ortogonales para transmitir señales de mensaje. El procedimiento incluye formar una primera matriz de vectores utilizando una primera serie de desplazamientos cíclicos y formar una segunda matriz de vectores utilizando una segunda serie de desplazamientos cíclicos. La primera matriz de vectores se permuta para proporcionar un código ortogonal y se determinan las operaciones de permutación. El procedimiento... [Seguir leyendo]

1. Un sistema de transmisión para su uso en un sistema de comunicaciones con vectores de código ortogonal para transmitir señales de mensaje, que comprende:

un medio para formar una primera matriz M' de vectores, usando una primera serie de desplazamientos cíclicos de una secuencia-m determinada en base a un polinomio primitivo, y para extender la primera matriz M' de vectores a fin de obtener una primera matriz extendida M;

un medio para formar una segunda matriz de vectores, usando una segunda serie de desplazamientos cíclicos de una segunda secuencia determinada en base a un periodo de una versión elevada del polinomio primitivo, y para extender la segunda matriz de vectores a fin de obtener una segunda matriz extendida;

un medio para permutar la primera matriz M extendida de vectores a fin de proporcionar un vector de código ortogonal a partir de la primera matriz M' de vectores;

un medio para determinar las operaciones de permutación del resultado a partir del medio para permutar;

un medio para aplicar las operaciones de permutación determinadas a la segunda matriz extendida, a fin de proporcionar un vector de código cuasiortogonal; y un medio (110) para aplicar el vector de código cuasiortogonal a una señal de mensaje a fin de proporcionar una señal de mensaje codificada y transmitir la señal de mensaje codificada.

2. El sistema de transmisión de la reivindicación 1, en el cual n = 2r es igual a la longitud del vector de código ortogonal, y estando el medio para formar una primera matriz de vectores adaptado para realizar n-1 desplazamientos cíclicos.

3. El sistema de transmisión de la reivindicación 1, en el cual el polinomio primitivo es un polinomio binario que comprende medios para elevar el polinomio binario a un polinomio cuaternario.

4. El sistema de transmisión de la reivindicación 3, que comprende un medio para formar una secuencia con el polinomio cuaternario como su polinomio característico, por lo cual la secuencia así formada es una secuencia de Familia A.

5. El sistema de transmisión de la reivindicación 4, que comprende medios para formar la segunda matriz según la secuencia de Familia A.

6. El sistema de transmisión de la reivindicación 1, que comprende:

un medio para permutar la segunda matriz de vectores a fin de proporcionar una máscara; y un medio para aplicar la máscara a un vector de código ortogonal a fin de proporcionar el vector cuasiortogonal.

7. El sistema de transmisión de la reivindicación 6, en el cual los medios para aplicar la máscara están adaptados para aplicar la máscara a una pluralidad de vectores ortogonales, a fin de proporcionar una pluralidad de vectores cuasiortogonales.