Procedimiento de codificación espaciotemporal para sistema de transmisión UWB que comprende una multitud P de elementos radiativos,

dicho procedimiento codificando un bloque de símbolos de información S = (σ1, σ2, ..., σp) que pertenecen a un alfabeto de modulación M-PPM-M'-PAM con M ≥ 2, en una secuencia de vectores, las componentes de un vector estando destinadas a modular en posición y en amplitud una señal UWB impulsional para un elemento radiativo de dicho sistema y una utilización de canal de transmisión dados, cada componente de un vector correspondiendo a una posición de modulación PPM, que se caracteriza porque dichos vectores se obtienen a partir de los elementos de la matriz:

una línea de la matriz correspondiendo a una utilización del canal de transmisión y una columna de la matriz correspondiendo a un elemento radiativo, la matriz C estando definida salvo por una permutación de sus líneas y/o de sus columnas y Ω definiéndose como la combinación de una permutación de las posiciones de modulación del alfabeto M-PPM y de una operación de simetría del alfabeto de modulación M'-PAM para una de las posiciones de modulación.

Procedimiento de codificación espaciotemporal de bajo PAPR para sistema de comunicación multiantena de tipo UWB impulsional 5

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 multiantena de codificación espaciotemporal o STC (Space Time Coding) .

10 Estado de la técnica anterior

Los sistemas de telecomunicación inalámbricos de tipo multiantena son muy habituales en el estado de la técnica. Estos sistemas utilizan una multitud de antenas en la emisión y/o en la recepción y se denominan, de acuerdo con el 15 tipo de configuración adoptada, MIMO (Multiple Input Multiple Outpout) , MISO (Multiple Input Single Output) o SIMO (Single Input Multiple Output) . De aquí en adelante emplearemos el mismo término MIMO para cubrir las variantes MIMO y MISO ya citadas. El aprovechamiento de la diversidad espacial en la emisión y/o en la recepción permite que estos sistemas ofrezcan unas capacidades de canal claramente superiores a las de los sistemas mono-antena clásica (o SISO por Single Input Single Output) . Esta diversidad espacial se ve completada de manera general por 20 una diversidad temporal por medio de una codificación espacio-temporal. En una codificación de este tipo, un símbolo de información que hay que transmitir se encuentra 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 reticular o STTC (Space Time Trellis Coding) y los sistemas de codificación por bloques o STBC (Space Time Block Coding) . En un sistema de codificación reticular, el codificador espaciotemporal se puede ver 25 como una máquina de estados finitos que suministra P símbolos de transmisión a las P antenas en función del estado actual y del símbolo de información que hay que codificar. La decodificación en la recepción se realiza mediante un algoritmo de Viterbi multidimensional cuya complejidad aumenta de manera exponencial en función del número de estados. En un sistema de codificación por bloques, un bloque de símbolos de información que hay que transmitir está codificado en un matriz de símbolos de transmisión, una dimensión de la matriz correspondiendo al número de antenas y la otra correspondiendo a los instantes consecutivos de transmisión.

La figura 1 representa de manera esquemática un sistema de transmisión MIMO 100 de codificación STBC. Un bloque de símbolos de información S = (C1, ..., Cb) , por ejemplo una palabra binaria de b bits o, de manera más general, de b símbolos M-arios, está codificado en una matriz espacio-temporal:

en la que los coeficientes ct, p, t = 1, ..., T; p = 1, ..., P del código son, por norma general, unos coeficientes complejos que dependen de los símbolos de información, P es el número de antenas que se utilizan en la emisión, T es un entero que indica la extensión temporal del código, es decir, el número de utilizaciones del canal o PCUs (Per Channel Use) .

La función ƒ que, en cualquier vector S de símbolos de información, se corresponde con la palabra de código espaciotemporal C, se denomina función de codificación. Si la función ƒ es lineal, se dice que el código 45 espaciotemporal es lineal. Si los coeficientes ct, p son reales, el código espaciotemporal se denomina real.

En la figura 1, se ha designado con 110 a un codificador espaciotemporal. En cada instante de utilización del canal t, el codificador suministra al multiplexor 120 el t-ésimo vector-línea de la matriz C. El multiplexor transmite a los moduladores 1301, ..., 130p los coeficientes del vector línea y las antenas 1401, ..., 140p transmiten las señales 50 moduladas.

El código espaciotemporal se caracteriza 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 cualquiera, que corresponden a dos vectores S1 y S2, la matriz C1 -C2 es de rango pleno.

55 El código espaciotemporal se caracteriza, además, por su ganancia de codificación, que traduce la distancia mínima entre diferentes palabras de código. Se la puede definir como:

o, de manera equivalente, para un código lineal:

donde det (C) significa el determinante de C y CH es la matriz transpuesta conjugada de C. Para una energía de transmisión por símbolo de información, la ganancia de codificación está limitada.

Un código espaciotemporal será tanto más resistente al desvanecimiento cuanto mayor sea su ganancia de codificación.

El código espaciotemporal se caracteriza, por último, por su velocidad, es decir, por el número de símbolos de información que este transmite por instante de utilización de canal (PCU) . El código se denomina de velocidad completa si es P veces mayor que la velocidad concerniente a una utilización mono-antena (SISO) . Un código se denomina de velocidad unitaria si es idéntico a la velocidad concerniente a una utilización mono-antena.

Se ha propuesto un ejemplo de código espaciotemporal de diversidad máxima y velocidad unitaria para un sistema MIMO que posee un número cualquiera de antenas en el artículo de B. A. Sethuraman y otros, titulado " Fulldiversity, high-rate space-time block codes from division algebras ", publicado en el IEEE Trans. on Information Theor y , vol. 49, nº . 10, oct. 2003, páginas 2.596-2.616. Este código viene definido por la matriz espaciotemporal siguiente:

en laque C1, ..., Cp son unos símbolos de información, por ejemplo unos símbolos PAM. Para que el código espaciotemporal definido por la matriz (4) sea real, es necesario que el coeficiente y sea, por su parte, real y si se desea, además, no incrementar la tasa de potencia punta en potencia media o PAPR (Peak-to-Average Power Ratio) con respecto a un sistema mono-antena, esto supone que y = ±1. Ahora bien, la diversidad máxima del código se pierde para y = 1 y únicamente se consigue para y = -1 en el caso en el que el número de antenas P es una potencia de 2.

Otro campo de las telecomunicaciones es objeto actualmente de importantes investigaciones. Se trata de unos sistemas de telecomunicación UWB, previstos en particular para el desarrollo de las futuras redes personales inalámbricas (WPAN) . Estos sistemas tienen como especificidad que trabajan directamente en banda de base con unas señales de banda muy ancha. Se entiende, por lo general, por señal UWB una señal de acuerdo con la máscara de transmisión estipulada en la normativa del FCC del 14 de febrero de 2002 y revisada en marzo de 2005, es decir, en lo esencial una señal en la banda espectral de 3, 1 a 10, 6 GHz y que presenta una anchura de banda de al menos entre 500 MHz y -10 dB. En la práctica, se conocen dos tipos de señales UWB, las señales multibanda OFDM (MB-OFDM) y las señales UWB de tipo impulsional. A continuación únicamente nos referimos a estas últimas.

Una señal UWB impulsional está formada por impulsiones muy cortas, habitualmente del orden de algunas centenas de picosegundos, distribuidos en el interior de una trama. Con el fin de reducir la interferencia multiacceso (MAI para Multiple Access Interference) , se asigna un código de saltos temporales (TH para Time Hopping) distinto a cada 45 usuario. La señal procedente o dirigida a un usuario k entonces se puede escribir de la siguiente forma:

donde w es la forma del impulso elemental, Tc es una duración de fragmento (o chip) , Ts es la duración de un intervalo elemental con Ns = NcTc donde Nc es el número de chips en un intervalo, la trama total teniendo una duración Tƒ = NsTs donde Ns es el número de intervalos dentro de la trama. La duración del impulso elemental se

selecciona inferior a la duración chip, esto es Tw : Tc. La secuencia ck (n) para n = 0, …, Ns -1 define el código de salto temporal del usuario k. Las secuencias de saltos temporales se seleccionan de tal modo que se minimice el número de colisiones entre impulsos que pertenecen a unas secuencias de salto temporal de usuarios diferentes.

En la figura 2A se ha representado una señal TH-UWB asociada a un usuario k. Para transmitir un símbolo de información dado procedente de o dirigido a un usuario k, se modula por lo general la señal TH-UWB por medio de una modulación de posición (PPM para Pulse Position Modulation) , esto es para la señal modulada:

donde s es un retardo de modulación... [Seguir leyendo]

1. Procedimiento de codificación espaciotemporal para sistema de transmisión UWB que comprende una multitud P de elementos radiativos, dicho procedimiento codificando un bloque de símbolos de información S = (C1, C2, …, Cp) que pertenecen a un alfabeto de modulación M-PPM-M'-PAM con Mº 2, en una secuencia de vectores, las componentes de un vector estando destinadas a modular en posición y en amplitud una señal UWB impulsional para un elemento radiativo de dicho sistema y una utilización de canal de transmisión dados, cada componente de un vector correspondiendo a una posición de modulación PPM, que se caracteriza porque dichos vectores se obtienen a partir de los elementos de la matriz:

una línea de la matriz correspondiendo a una utilización del canal de transmisión y una columna de la matriz correspondiendo a un elemento radiativo, la matriz C estando definida salvo por una permutación de sus líneas y/o de sus columnas y n definiéndose como la combinación de una permutación de las posiciones de modulación del alfabeto M-PPM y de una operación de simetría del alfabeto de modulación M'-PAM para una de las posiciones de modulación.

2. Procedimiento de codificación espaciotemporal de acuerdo con la reivindicación 1, que se caracteriza porque dicha operación de permutación es una permutación circular de dichas posiciones de modulación.

3. Procedimiento de codificación espaciotemporal de acuerdo con la reivindicación 2, que se caracteriza porque dicha permutación circular es un desplazamiento circular de dichas posiciones de modulación.

25 4. Procedimiento de codificación espaciotemporal de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, que se caracteriza porque el número P de elementos radiativos y el número M de posiciones de modulación verifican M-d (M) ºP donde d (M) viene definido por d (M) = 0 en el caso en el que M es una potencia de 2 y como máximo divisor de M de tal modo que la relación M / d (M) sea impar en los demás casos.

5. Procedimiento de codificación espaciotemporal de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, que se caracteriza porque M' = 1, los símbolos C1, C2, ..., Cp perteneciendo entonces a dicho alfabeto de modulación M-PPM y los símbolos C2, ..., Cp pudiendo ocupar todas las posiciones de modulación con la excepción de aquella a la que se aplica dicha operación de simetría.

35 6. Procedimiento de codificación espaciotemporal de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, que se caracteriza porque los elementos radiativos son unas antenas UWB.

7. Procedimiento de codificación espaciotemporal de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 5, que se caracteriza porque los elementos radiativos son unos diodos láser o unos diodos electroluminiscentes.

8. Procedimiento de codificación espaciotemporal de acuerdo con la reivindicación 6 o 7, que se caracteriza porque dicha señal impulsional es una señal TH-UWB.

9. Procedimiento de codificación espaciotemporal de acuerdo con la reivindicación 6 o 7, que se caracteriza porque 45 dicha señal impulsional es una señal DS-UWB.

10. Procedimiento de codificación espaciotemporal de acuerdo con la reivindicación 6 o 7, que se caracteriza porque dicha señal impulsional es una señal TH-DS-UWB.

11. Sistema de transmisión UWB que comprende una multitud de elementos radiativos (4301, 4302, ..., 430p) , que se caracteriza porque este comprende:

unos medios de codificación (410) para codificar un bloque de símbolos de información S = (C1, C2, …, Cp) que pertenecen a un alfabeto de modulación M-PPM-M'-PAM con M 2, en una secuencia de vectores, 55 cada vector estando asociado a una utilización del canal de transmisión y un elemento radiativo dados, cada componente de un vector correspondiendo a una posición de modulación PPM, dichos vectores obteniéndose a partir de los elementos de la matriz:

una línea de la matriz correspondiendo a una utilización de canal de transmisión y una columna de la matriz

correspondiendo a un elemento radiativo, la matriz C estando definida salvo por una permutación de sus líneas y/o de sus columnas y n definiéndose como la combinación de una permutación de las posiciones de modulación del alfabeto M-PPM y de una operación de simetría del alfabeto de modulación M'-PAM para una de las posiciones de modulación; una multitud de moduladores (4201, 4202, ..., 420p) para modular en posición y en amplitud una señal UWB

impulsional, cada modulador estando asociado a un elemento radiativo y que modula en posición y en amplitud dicha señal, durante una utilización del canal de transmisión, por medio de las componentes del vector asociado a dicho elemento radiativo y a dicha utilización del canal; cada elemento radiativo estando adaptado para emitir la señal modulada de este modo por dicho modulador asociado.

12. Sistema de transmisión UWB de acuerdo con la reivindicación 11, que se caracteriza porque el número P de elementos radiativos y el número M de posiciones de modulación verifican M -d (M) ' P donde d (M) viene definido por d (M) = 0 en el caso en el que M es una potencia de 2 y como mayor divisor de M de tal modo que la relación M / d (M) sea impar en los demás casos.