Señal multidimensional de relación pico a rms reducida.

Método para comunicar símbolos de datos que tiene como resultado una señal de radio transmitida con unarelación reducida de amplitud de pico frente a amplitud cuadrática media;

comprendiendo dicho método las etapasde:

utilizar simultáneamente múltiples códigos de espectro ensanchado combinados por adición que transportancada uno un valor de señal real o en fase y un valor de señal imaginario o en cuadratura de fase paraproporcionar, por lo menos, tres dimensiones de modulación independientes, transportando cada dimensiónun valor de coordenada;

definir un conjunto de puntos de constelación a asociar con los símbolos de datos, siendo distribuidos lospuntos de constelación dentro de un espacio compuesto de dichas, por lo menos, tres dimensiones, de talmodo que la distancia euclídea entre cualesquiera dos de los puntos de constelación no es menor que unmínimo deseado y de tal modo que un valor de amplitud de pico deseado no es superado por ningún punto,siendo determinado el valor de pico mediante cualquiera de las cantidades siguientes:

una suma de los valores absolutos de las coordenadas de cualquier punto de constelación quecorresponde a las dimensiones proporcionadas por los valores de señal reales transportados por losmúltiples códigos de espectro ensanchado combinados por adición;

una suma de los valores absolutos de las coordenadas de cualquier punto de constelación quecorresponde a las dimensiones proporcionadas por los valores de señal imaginarios transportados porlos múltiples códigos de espectro ensanchado combinados por adición;

una suma de los cuadrados de a) la suma de los varones absolutos de las coordenadas de cualquierpunto de constelación que corresponde a las dimensiones proporcionadas por los valores de señalreales transportados por los múltiples códigos de espectro ensanchado combinados por adición; y b) lasuma de los valores absolutos de las coordenadas de constelación de cualquier punto quecorresponde a las dimensiones proporcionadas por los valores de señal imaginarios transportados porlos múltiples códigos de espectro ensanchado combinados por adición.

Señal multidimensional de relación pico a rms reducida.

CAMPO TÉCNICO La presente invención se refiere en general al campo de las telecomunicaciones inalámbricas, y en particular a un transmisor y un método para generar una señal de radio con una relación reducida de amplitud del pico frente a amplitud cuadrática media, que contribuye a mejorar la eficiencia de transmisión del amplificador de potencia del transmisor. Además, la presente invención se refiere a un receptor que puede descodificar la señal de radio.

ANTECEDENTES A continuación se definen las abreviaturas siguientes haciéndose referencia, por lo menos, a algunas de las mismas en la siguiente descripción de la técnica anterior y de la presente invención.

CDMA Acceso múltiple por división de código (Code-Division Multiple Access)

FIR Respuesta finita al impulso (Finite Impulse Response)

HSPA Acceso de paquetes a alta velocidad (High-Speed Packet Access)

PA Amplificador de potencia (Power Amplifier)

PCM Modulación por impulsos codificados (Pulse Code Modulation)

PSK Modulación por desplazamiento de fase (Phase Shift Keying)

QAM Modulación de amplitud en cuadratura (Quadrature Amplitude Modulation)

UMTS Servicio universal de telecomunicaciones móviles (Universal Mobile Telecommunications Service)

WCDMA Acceso múltiple por división de código de banda ancha (Wideband Code-Division Multiple Access)

Es bien sabido en la técnica que se puede considerar que una señal de comunicaciones, tal como una señal de radio, tiene un valor complejo instantáneo en un plano complejo bidimensional, donde la coordenada en una dimensión es la amplitud con signo de un componente sinusoidal de la señal de radio y la coordenada en la segunda dimensión es la amplitud con signo de un componente cosenoidal de la señal de radio. Puesto que la función coseno y la función seno son funciones mutuamente ortogonales su correlación es cero, lo que significa que las dos dimensiones están en ángulos rectos entre ellas. Normalmente las dos dimensiones se denominan I y Q, para "en fase" y "en cuadratura". En este espacio de señales, que es un plano, no existen otras dimensiones ortogonales. Asimismo, es bien sabido que los símbolos que representan grupos de bits pueden ser ubicados en el plano I, Q de tal modo que cualesquiera dos símbolos estén lo suficientemente separados entre ellos como para evitar confusión, siempre que la relación señal/ruido sea lo suficientemente elevada. Por ejemplo, pueden situase 16 símbolos en una cuadrícula 4 x 4 conocida como 16QAM, y se asignan cuatro bits binarios a cada punto. En 64QAM, 64 símbolos puede ser situados en una cuadrícula 8 × 8 y se asignan 6 bits binarios a cada punto. Asimismo, pueden utilizarse constelaciones no rectangulares de puntos, por ejemplo 16-PSK (phase shift keying, modulación por desplazamiento de fase) en la que 16 puntos están a la misma separación angular en torno a un círculo, y se asignan 4 bits binarios a cada uno de los puntos.

En la técnica anterior, generalmente se considera deseable y se conoce el asignar grupos de bits a puntos de símbolos de acuerdo con un esquema de codificación de Grey, tal que los bits asignados a puntos adyacentes en el espacio de señales difieren en las mínimas posiciones de bits posibles, en el caso ideal solamente en una posición de bit. A continuación se presenta una breve discusión sobre algunos de estos esquemas bien conocidos y sus inconvenientes asociados con la técnica anterior.

La patente de EE. UU. número 4 084 137, presentada el 24 de agosto de 1976, describe un esquema de modulación en 4-dimensiones en el que se utilizan ambas polarizaciones de ondas de radio para proporcionar dos canales independientes, donde cada canal es capaz de transportar una señal bidimensional. En esta patente, hay una referencia a un documento del IEEE titulado "Digital Transmission with Four Dimensional modulation" (Trans IEEE on Information Theor y , julio de 1974, páginas 497 a 502) , en el que se describe un esquema de modulación de cuatro dimensiones que está construido para limitar la energía de pico. En este documento, se describió que la limitación de la energía de pico supone que la suma de las potencias en las dos polarizaciones no debe exceder cierto valor máximo. Por ejemplo, si (I1, Q1) son los componentes en fase y en cuadratura de fase en una polarización y (I2, Q2) son los componentes en fase y en cuadratura de fase en la otra polarización, entonces la potencia o energía total que está limitada viene dada por I12+Q12+I22+Q22. Esta es una limitación pertinente y adecuada cuando (I1, Q1) y (I2, Q2) son generados por separado y aplicados a canales independientes físicamente, tales como antenas polarizadas ortogonalmente Sin embargo, si (I1, Q1) y (I2, Q2) no están generados por separado y no se aplican a canales separados físicamente, sino que por el contrario se aplican al mismo canal físico, entonces la señal transmitida sería (I1+I2, Q1+Q2) y su energía o potencia deberá ser proporcional a (I1+I2) 2 + (Q1+Q2) 2, lo cual no está limitado por la misma métrica. Por lo tanto, para limitar la energía de pico en este último caso es necesario un esquema diferente.

La patente de EE.UU. número 4 597 090, presentada el 14 de abril de 1983, da a conocer un esquema de modulación para un solo canal físico en el que se considera que las dos dimensiones en el espacio de señales (I, Q) en m muestras de señal secuenciales forman un espacio 2m-dimensional, y donde mN bits de datos son codificados en 2m dimensiones de tal modo que se obtiene una ganancia de codificación mediante el recurso de limitar la selección del valor I, Q de una muestra de señal, haciéndola depender de la selección de los valores I, Q para las otras muestras de señal. Ésta es una forma de codificación Trellis y está relacionada con la obtención de una ganancia de codificación, pero nada se dice sobre la obtención de una reducción en la relación de pico/rms de la señal de radio, lo cual es un objetivo relacionado con la presente discusión.

El sistema celular de tercera generación conocido como WCDMA o UMTS, tiene actualmente un método bajo especificación conocido como HSPA que permite la transmisión de mayores velocidades de transferencia de datos, desde un teléfono móvil a una red (o estación base) . La transmisión HSPA utiliza un enfoque denominado "CDMA multicódigo". En este sistema CDMA multicódigo, cada símbolo de datos es ensanchado en tiempo y en espectro mediante combinarlo con un código de ensanchamiento. En el enlace descendente (estación base a teléfono móvil) , los códigos utilizados para transmitir señales de la estación base son coordinados en la estación base de manera que son ortogonales entre ellos. En cambio, en el enlace ascendente (teléfono móvil a estación base) , la coordinación necesaria entre los diferentes teléfonos móviles para conseguir ortogonalidad se considera demasiado difícil de implementar, de manera que cada teléfono móvil utiliza una secuencia diferente de códigos aleatorios.

Sin embargo, en cada teléfono móvil sigue siendo posible generar varias secuencias de código aleatorio que están coordinadas entre ellas para ser mutuamente ortogonales. Por lo tanto, cada uno de estos códigos ortogonales puede transportar un sub-flujo de símbolos de tal modo que se mejore la velocidad combinada del flujo de símbolos. Pero en esta situación, la potencia disponible del transmisor del teléfono móvil estará dividida entre diferentes códigos, lo que significa que se reducirá el rango sobre el cual cada sub-flujo puede recibirse satisfactoriamente y descodificarse sin errores. De hecho, la reducción de potencia por cada subflujo en una señal de modulación multicódigo transmitida desde un teléfono móvil es peor de lo que podría esperarse dividiendo simplemente la potencia del transmisor por el número total de subflujos. Esto se debe a que no es tanto la potencia promedio la que está limitada por la tensión de la batería, si no la amplitud de señal de pico, la que resulta estar limitada por la tensión de la batería.

Por lo tanto, en el sistema celular de tercera generación existe el deseo de un esquema de modulación que desarrolle la máxima potencia media por cada subflujo, dentro de una limitación de la amplitud de señal de pico compuesta de todos los subflujos. Por ejemplo, si el teléfono móvil ha utilizado un esquema multicódigo de tres códigos con tres códigos de longitud =... [Seguir leyendo]

1. Método para comunicar símbolos de datos que tiene como resultado una señal de radio transmitida con una relación reducida de amplitud de pico frente a amplitud cuadrática media; comprendiendo dicho método las etapas de:

utilizar simultáneamente múltiples códigos de espectro ensanchado combinados por adición que transportan cada uno un valor de señal real o en fase y un valor de señal imaginario o en cuadratura de fase para proporcionar, por lo menos, tres dimensiones de modulación independientes, transportando cada dimensión un valor de coordenada; definir un conjunto de puntos de constelación a asociar con los símbolos de datos, siendo distribuidos los puntos de constelación dentro de un espacio compuesto de dichas, por lo menos, tres dimensiones, de tal modo que la distancia euclídea entre cualesquiera dos de los puntos de constelación no es menor que un mínimo deseado y de tal modo que un valor de amplitud de pico deseado no es superado por ningún punto, siendo determinado el valor de pico mediante cualquiera de las cantidades siguientes:

una suma de los valores absolutos de las coordenadas de cualquier punto de constelación que corresponde a las dimensiones proporcionadas por los valores de señal reales transportados por los múltiples códigos de espectro ensanchado combinados por adición; una suma de los valores absolutos de las coordenadas de cualquier punto de constelación que corresponde a las dimensiones proporcionadas por los valores de señal imaginarios transportados por los múltiples códigos de espectro ensanchado combinados por adición; una suma de los cuadrados de a) la suma de los varones absolutos de las coordenadas de cualquier punto de constelación que corresponde a las dimensiones proporcionadas por los valores de señal reales transportados por los múltiples códigos de espectro ensanchado combinados por adición; y b) la suma de los valores absolutos de las coordenadas de constelación de cualquier punto que corresponde a las dimensiones proporcionadas por los valores de señal imaginarios transportados por los múltiples códigos de espectro ensanchado combinados por adición.

2. El método acorde con la reivindicación 1, en el que la mayor parte de los puntos de constelación están sobre la superficie exterior de una constelación en forma de diamante definida en un espacio tridimensional con ejes de coordenadas X, Y y Z, estando definida la superficie exterior de la constelación en forma de diamante mediante la ecuación de contorno |x| + |y| + |z| = 1.

3. El método acorde con la reivindicación 2, que comprende además las etapas de recibir y descodificar dicha señal de radio, que incluyen las etapas de:

determinar una cara de la constelación en forma de diamante sobre la cual, o en cuyo interior está situado un símbolo de datos transmitido; determinar un conjunto de puntos de la cara en cuyo interior está situado el símbolo de datos transmitido; determinar un punto en el interior del subconjunto de puntos que es el más próximo a los valores de coordenada recibidos del símbolo de datos transmitido; y determinar el símbolo de datos transmitido a partir de la combinación de la cara, del subconjunto de puntos y del punto más próximo.

4. El método acorde con la reivindicación 3, en el que dicha etapa de determinar el símbolo de datos transmitido incluye además utilizar una tabla de consulta designada mediante un número de cara, un número del subconjunto de puntos y un número del punto más próximo.

5. El método acorde con la reivindicación 1, en el que dichos símbolos de datos son asociados con un par de puntos de constelación, siendo seleccionado el primer punto de constelación a partir de un primer conjunto de puntos de constelación de los que la mayor parte están situados sobre la superficie de una primera constelación en forma de diamante definida en un espacio tridimensional con ejes de coordenadas I1, I2 y I3 mediante una ecuación de contorno |I1| + |I2| + |I3| = 1, y siendo seleccionado el segundo punto de constelación a partir de un segundo conjunto de puntos de constelación de los que la mayor parte están situados sobre la superficie de una segunda constelación en forma de diamante definida en un segundo espacio tridimensional con ejes de coordenadas Q1, Q2 y Q3 mediante una ecuación de contorno |Q1| + |Q2| + |Q3| = 1.

6. El método acorde con la reivindicación 5, que comprende además las etapas de recibir y descodificar dicha señal de radio, que incluyen las etapas de:

adoptar como hipótesis el primero de dichos puntos de constelación y determinar el segundo punto de constelación, dado el punto de constelación adoptado como hipótesis; determinar una métrica que describe cómo de precisamente el punto de constelación adoptado como hipótesis y el segundo punto de constelación determinado asociado predicen la señal de radio recibida;

comparar la métrica para todas las hipótesis posibles del primer punto de constelación y seleccionar la hipótesis que tiene la mejor métrica como la hipótesis correcta, descodificando de ese modo dicha señal de radio.

7. El método acorde con la reivindicación 1, en el que dichos símbolos de datos son asociados a un par de puntos de constelación, siendo seleccionado el primer punto de constelación a partir de un primer conjunto de puntos de constelación de los que la mayor parte están situados sobre la superficie de una primera constelación en forma de diamante definida en un espacio tridimensional con ejes de coordenadas I1, I2 y I3 mediante una ecuación de contorno |I1| + |I2| + |I3| = A, y siendo seleccionado el segundo punto de constelación a partir del segundo conjunto de puntos de constelación de los que la mayor parte están situados sobre la superficie de una segunda constelación en forma de diamante definida en un segundo espacio tridimensional con ejes de coordenadas Q1, Q2 y Q3 mediante una ecuación de contorno |Q1| + |Q2| + |Q3| = B, en el que la suma de los cuadrados de A y B es menor o igual que un valor máximo deseado.

8. El método acorde con la reivindicación 7, que comprende además las etapas de recibir y descodificar dicha señal de radio, que incluyen las etapas de:

adoptar como hipótesis el primero de dichos puntos de constelación y determinar el segundo punto de constelación, dado el punto de constelación adoptado como hipótesis;

determinar una métrica que describe cómo de precisamente el punto de constelación adoptado como hipótesis y el segundo punto de constelación determinado asociado predicen la señal de radio recibida; comparar la métrica para todas las hipótesis posibles del primer punto de constelación y seleccionar la hipótesis que tiene la mejor métrica como la hipótesis correcta, descodificando de ese modo dicha señal de radio.