Procedimiento y dispositivo para detectar símbolos transmitidos en un sistema de transmisión de múltiples capas.

Procedimiento para detección de símbolos (s1,...,sk,...,sNt) respectivamente transmitidos en un instante por unapluralidad Nt de antenas emisoras,

a partir de símbolos (r1,...,rk,...,rNr) respectivamente recibidos respectivamente poruna pluralidad Nr de antenas receptoras en un sistema de transmisión de múltiples capas con las siguientes etapasde procedimiento ejecutadas sucesivamente para cada capa k, comenzando por la capa Nt y terminando en la capa1:

* cálculo de un valor estimado aproximativo para el símbolo (s1) a estimar en la primera capa o de unapluralidad M de valores estimados aproximativos para el símbolo (sk) a estimar en una capak como diferencia, ponderada con el elemento diagonal inverso (1/Rk,k) de la capa k de una matriz de transmisióntriangulada (R), a partir de los símbolos recibidos (r1,...,rk,...,rNr) transformados en la capa k mediante la matriz detransmisión triangulada (R) y los valores estimados más exactos

transformados en la capa k, que ya han sido

calculados y que preceden en una respectiva ruta a de un diagrama de estado, para símbolos (sk+1..,sNt) a estimar enuna capa k+1 a Nt, resultando los estados pertenecientes al diagrama de estado de hipótesis de símbolopara los símbolos (sk+1..,sNt) a estimar respectivamente en las capas k.

Procedimiento y dispositivo para detectar símbolos transmitidos en un sistema de transmisión de múltiples capas [0001] La invención se refiere a un procedimiento y un dispositivo para detectar símbolos transmitidos en un sistema de transmisión de múltiples capas con cálculo de métrica de rama reducido.

Las futuras aplicaciones multimedia en la técnica de comunicación requerirán cada vez más un aumento de la tasa de transmisión de datos. El dominio de esta gran afluencia de datos se llevará a cabo mediante sistemas de varias antenas que hacen posible la separación en el espacio de señales de transmisión y en consecuencia permiten la transmisión paralela de varios trenes de datos en la misma banda de frecuencias o el acceso múltiple al medio de transmisión en el espacio (denominado Space-Division-Multiple-Acces (SDMA) (acceso múltiple por división en el espacio) .

En la transmisión paralela de varios trenes de datos al mismo tiempo y en la misma banda de frecuencias en un sistema de transmisión de múltiples capas, por ejemplo en el sistema de transmisión V-Blast (Bell-LabsLayered-Space-Time-Vertical Encoding [codificación vertical espacio-tiempo por capas) , el volumen de datos a transmitir se divide en varios trenes de datos, que respectivamente se dirigen a una de las, en total, Nt antenas emisoras. Los Nt trenes de datos diferentes, respectivamente transmitidos por una de las Nt antenas emisoras, se superponen en los, en total, Nr trenes de datos que son respectivamente recibidos por una de las Nr antenas receptoras.

Esta superposición de señales de transmisión individuales en cada una de las señales de recepción independientes se puede comparar con la superposición en el tiempo de símbolos de datos en una señal de recepción en caso de canales de transmisión que presentan interferencia entre símbolos (ISI -intersymbol interference) . Análogamente a la estimación de canal y la corrección en el tiempo basada en la misma con ayuda de un estimador de secuencias en caso de canales de transmisión que presentan interferencia entre símbolos (ISI) , en un sistema de transmisión de múltiples capas es necesaria una estimación de los, en total, Nt·Nr canales de transmisión entre las Nt antenas emisoras y las Nr antenas receptoras y una corrección en el espacio basada en dicha estimación de los trenes de datos respectivamente transmitidos por las, en total, N, antenas emisoras en las N, capas.

De forma análoga a la corrección en el tiempo, el Maximum-Likelihood-Sequence-Estimator (MLSE) (estimador de secuencia de máxima verosimilitud) , que se describe por ejemplo en el documento EP 1246418 A2 y que determina la distancia euclidiana entre el vector de las señales de recepción r y el vector ponderado con la matriz de transmisión H de todas las hipótesis posibles de las señales de transmisión s, es actualmente el mejor detector.

En un cálculo eficiente del Maximum-Likelihood-Sequence-Estimator con ayuda del algoritmo de Viterbi, en caso de un cardinal |S| del alfabeto de modulación [0007] S utilizado se han de calcular en total |S|Nt distancias euclidianas o ramas en el dendrograma o el diagrama de Trellis y en total |S|Nt-1 estados, lo que no es posible en tiempo real, incluso en caso de un pequeño número Nt de antenas emisoras.

En el documento de D. L. Milliner y colaboradores "A layer adaptive M algorithm for multiple-input multipleoutput channel detection", 8th IEEE Workshop on Signal Processing Advances in Wireless Communications, 2007, SPAWC 2007, se describe un detector que utiliza un algoritmo M con una métrica que presenta una matriz de transmisión de canal con estructura triangular inferior triangulada mediante descomposición QR.

W.J. Chin, en "QRD Based Tree Search Data Detection for MIMO Communication Systems", 61th IEEE Vehicular Technology Conference, 2005, VTC 2005-Spring, Piscataway, NJ, EE.UU., tomo 3, páginas 1624 a 1627, ha dado a conocer un detector equivalente que utiliza un algoritmo M con una métrica que presenta una matriz de transmisión de canal con estructura triangular superior triangulada mediante una descomposición QR.

L.G. Barbero y colaboradores, en "Performance Analysis of a Fixed-complexity a Sphere Decoder in High-Dimensional MIMO Systems", International IEEE Conference on Acoustics, Speech and Signal Proceedings, 2006, ICASSP 2006, Toulouse, Francia, 14 a 19 de mayo de 2006, Piscataway, NJ, EE.UU, IEEE, 1 de enero de 2006, páginas IV 557 - IV 559, han dado a conocer un detector esférico que para la estimación, compara el símbolo de recepción con una pluralidad de hipótesis de símbolo reducida respecto del cardinal del alfabeto de símbolos.

Por consiguiente, el objetivo de la invención consiste en crear un procedimiento y un dispositivo para la corrección en el espacio de varias señales de transmisión superpuestas en varias señales de recepción en una transmisión de múltiples capas, que presenten un gasto de procesamiento claramente menor que el del MaximumLikelihood-Sequence-Estimator cuando se utiliza el algoritmo de Viterbi, sin sufrir pérdidas esenciales en la calidad del resultado de detección.

Este objetivo se resuelve en lo que respecta al procedimiento, mediante las características indicadas en la reivindicación 1 o en la reivindicación 2, y en lo que respecta al dispositivo, mediante las características indicadas en la reivindicación 7. Las reivindicaciones subordinadas se refieren a perfeccionamientos ventajosos.

De acuerdo con la invención, correspondientemente a las Nt ecuaciones del sistema de ecuaciones que 5 describe la transmisión entre las Nt antenas emisoras y las Nr antenas receptoras, se incorporan Nt capas en las que se estiman los símbolos s1, ..., sk, ..., sNt transmitidos por las Nt antenas emisoras.

Para ello, en una primera forma de realización preferente de la invención, la matriz de canal de transmisión H entre las Nt antenas emisoras y las Nr antenas receptoras se descompone en una matriz ortogonal QH y una matriz triangular superior R a través de una descomposición Q·R.

A continuación se ejecutan preferentemente las siguientes etapas de procedimiento:

• Cálculo de una pluralidad M de valores estimados aproximativos para el símbolo sk estimado en una capa k mediante corrección de símbolos recibidos r1, ..., rk, ..., rNr transformados en una capa k de valores que ya han sido calculados y que preceden en una respectiva ruta a del dendrograma o el diagrama de Trellis, para 15 símbolos sk+1.., sNt estimados en una capa k+1 a Nt;

(1) (a)

• determinación de una respectiva distancia euclidiana dk, ..., dk, ..., dk (M) entre cada valor estimado aproximativo del símbolo sk estimado en la capa k y todas las hipótesis de símboloindividual

dispuestas en la región de Voronoi correspondiente , y

(1) (a) (M)

determinación de una métrica de ruta Mk, ..., Mk, ..., Mk para cada hipótesis de símbolo individual

(1) (a) (M)

en la capa k mediante adición de la distancia euclidiana dk, ..., dk, ..., dk

(1) (a)

respectivamente determinada y una métrica de ruta Mk+1, ..., Mk+1, ..., Mk+1 (M) de distancias euclidianas mínimas (1) (a) (M) (1) (a) (M)

sumadas dk+1, .., dk+1, .., dk+1, .., dNt, .., dNt, .., dNt a partir de valores estimados más exactos que preceden en la ruta a correspondiente y valores estimados aproximativos para símbolos sk+1.., sNt estimados en la capa k+1 a Nt;

• determinación de hasta M valores estimados más exactos

para el símbolo sk estimado en la capa k como las hipótesis de símbolo correspondientes respectivamente a las M métricas de ruta más (1) (a)

pequeñas Mk, p (a) a partir de todas las métricas de ruta Mk, ..., Mk, ..., Mk (M) calculadas en la capa k; y

• determinación de valores estimados óptimos

para los símbolos s estimados en todas las capas como los valores estimados más exactos , pertenecientes a la ruta a con la métrica de ruta mínima M1, p (a) en la capa 1, de los símbolos s estimados en todas las capas.

En una primera forma de realización preferente de la invención, la matriz de canal de transmisión H entre las Nt antenas emisoras y las Nr antenas receptoras se descompone en una matriz ortogonal QH y una matriz triangular inferior R a través de una descomposición Q·R.

A continuación se ejecutan preferentemente las siguientes etapas de procedimiento:

para el símbolo sk estimado 40 en una capa k mediante corrección de símbolos recibidos r1, ..., rk, ..., rNr transformados en la capa k de valores • Cálculo de una pluralidad M de valores estimados aproximativos que ya han sido calculados... [Seguir leyendo]

1. Procedimiento para detección de símbolos (s1, ..., sk, ..., sNt) respectivamente transmitidos en un instante por una pluralidad Nt de antenas emisoras, a partir de símbolos (r1, ..., rk, ..., rNr) respectivamente recibidos respectivamente por una pluralidad Nr de antenas receptoras en un sistema de transmisión de múltiples capas con las siguientes etapas de procedimiento ejecutadas sucesivamente para cada capa k, comenzando por la capa Nt y terminando en la capa 1:

• cálculo de un valor estimado aproximativo

pluralidad M de valores estimados aproximativos para el símbolo (sk) a estimar en una capa k como diferencia, ponderada con el elemento diagonal inverso (1/Rk, k) de la capa k de una matriz de transmisión triangulada (R) , a partir de los símbolos recibidos (r1, ..., rk, ..., rNr) transformados en la capa k mediante la matriz de transmisión triangulada (R) y los valores estimados más exactos

transformados en la capa k, que ya han sido calculados y que preceden en una respectiva ruta a de un diagrama de estado, para símbolos (sk+1.., sNt) a estimar en

una capa k+1 a Nt, resultando los estados pertenecientes al diagrama de estado de hipótesis de símbolo para los símbolos (sk+1.., sNt) a estimar respectivamente en las capas k;

(1) (a)

• determinación de una respectiva distancia euclidiana (dk, ..., dk, ..., dk (M) ) entre cada valor estimado aproximativo del símbolo (sk) estimado en la capa k y todas las hipótesis de símbolo la región de Voronoi correspondiente (1) (a)

, ..., Mk, ..., Mk (M) ) para cada hipótesis en la capa k mediante adición de la distancia euclidiana (1) (a) (1) (a)

(dk, ..., dk, ..., dk (M) ) respectivamente determinada y una métrica de ruta (Mk+1, ..., Mk+1, ..., Mk+1 (M) ) de distancias (1) (a) (M) (1) (a)

euclidianas mínimas sumadas ( dk+1, .., dk+1, .., dk+1, .., dNt, .., dNt, .., dNt (M) ) entre valores estimados más exactos

que preceden en la ruta a correspondiente y valores estimados aproximativos para símbolos (sk+1.., sNt) estimados en la capa k+1 a Nt;

para el símbolo (sk) estimado en la capa k como las hipótesis de símbolo (1) (a)

más pequeñas (Mk, p (a) ) a partir de todas las métricas de ruta (Mk, ..., Mk, ..., Mk (M) ) calculadas en la capa k; y

para los símbolos (s) estimados en todas las capas como los • determinación de valores estimados óptimos

valores estimados más exactos , pertenecientes a la ruta a con la métrica de ruta mínima (M1, p (a) ) en la capa 1, de los símbolos (s) estimados en todas las capas.

2. Procedimiento para detección de símbolos (s1, ..., sk, ..., sNt) respectivamente transmitidos en un instante por una pluralidad Nt de antenas emisoras, a partir de símbolos (r1, ..., rk, ..., rNr) respectivamente recibidos por una pluralidad Nr de antenas receptoras en un sistema de transmisión de múltiples capas con las siguientes etapas de procedimiento ejecutadas sucesivamente para cada capa k, comenzando por la capa 1 y terminando en la capa Nt:

• cálculo de un valor estimado aproximativo para el símbolo (sNt) a estimar en la capa Nt o de una pluralidad

M de valores estimados aproximativos (R) , a partir de los símbolos recibidos (r1, ..., rk, ..., rNr) transformados en la capa k mediante la matriz de transmisión triangulada (R) y los valores estimados más exactos transformados en la capa k, que ya han sido calculados y que preceden en una respectiva ruta a del diagrama de estado, para símbolos (s1.., sk-1) a estimar en

una capa 1 a k-1, resultando los estados pertenecientes al diagrama de estado de hipótesis de símbolo para los símbolos (sk+1.., sNt) a estimar respectivamente en las capas k;

(1) (a)

• determinación de una respectiva distancia euclidiana (dk, ..., dk, ..., dk (M) ) entre cada valor estimado aproximativo del símbolo (sk) estimado en la capa k y todas las hipótesis de símbolo la región de Voronoi correspondiente (1) (a)

, ..., Mk, ..., Mk (M) ) para cada hipótesis en la capa k mediante adición de la distancia euclidiana (1) (a) (1) (a)

(dk, ..., dk, ..., dk (M) ) respectivamente determinada y una métrica de ruta (Mk-1, ..., Mk-1, ..., Mk-1 (M) ) de distancias (1) (a) (M) (1) (a)

euclidianas mínimas sumadas (d1, .., d1, .., d1, .., dk-1, .., dk-1, .., dk-1 (M) ) entre valores estimados más exactos

que preceden en la ruta a correspondiente y valores estimados aproximativos para símbolos (s1.., sk-1) estimados en la capa 1 a k-1;

para el símbolo (sk) estimado en la capa k como las hipótesis de símbolo (1) (a)

más pequeñas (Mk, p (a) ) a partir de todas las métricas de ruta (Mk, ..., Mk, ..., Mk (M) ) calculadas en la capa k; y

• determinación de valores estimados óptimos (s) para los símbolos (s) estimados en todas las capas como los valores estimados más exactos , pertenecientes a la ruta a con la métrica de ruta mínima (MNt, p (a) ) en la capa Nt, de los símbolos (s) estimados en todas las capas.

3. Procedimiento de detección según la reivindicación 1 o 2, caracterizado porque para determinar los símbolos recibidos (r1, ..., rk, ..., rNr) transformados en las capas 1 a Nt se lleva a cabo una descomposición (Q·R) de una matriz de canal de transmisión (H) entre las antenas emisoras y las antenas receptoras en una matriz ortogonal (QH) y una matriz triangular (R) , y una ponderación de los símbolos recibidos (r1, ..., rk, ..., rNr) con la matriz ortogonal (QH) .

4. Procedimiento de detección según la reivindicación 3, caracterizado porque para determinar los valores

respectivamente en las capas 1 a Nt se lleva a cabo una ponderación de los valores estimados más exactos

ya determinados y precedentes en una respectiva ruta a del diagrama de estado con elementos de línea (Rv.v) de la matriz triangular (R) pertenecientes a la capa correspondiente.

5. Procedimiento de detección según una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque la cantidad M de valores estimados aproximativos

a calcular para el símbolo (sk) transmitido en la capa k respectiva corresponde al cardinal (|A|) del alfabeto de símbolo utilizado.

6. Procedimiento de detección según la reivindicación 3 o 4, caracterizado porque la cantidad M de valores estimados aproximativos

para el símbolo (sk) transmitido en la capa k correspondiente consiste en una pluralidad Mk de valores estimados aproximativos dependiente de la capa k correspondiente, que es inversamente proporcional al elemento diagonal Rk, k de la capa k en la matriz triangular R, calculándose la cantidad Mk de valores estimados aproximativos dependiente de la capa k correspondiente mediante la siguiente fórmula matemática:

siendo NB la cantidad total de las distancias euclidianas a calcular en todas las capas.

7. Dispositivo para la detección de símbolos (s1, ..., sk, ..., sNt) respectivamente transmitidos en un instante por una pluralidad (Nt) de antenas emisoras, a partir de símbolos (r1, ..., rk, ..., rNr) respectivamente recibidos por una pluralidad (Nr) de antenas receptoras en un sistema de transmisión de múltiples capas con un prefiltro (2) para someter los símbolos recibidos (r1, ..., rk, ..., rNr) a un filtrado previo con una matriz de prefiltro y un estimador de secuencia (3)

para los símbolos transmitidos ( s) mediante un dispositivo subsiguiente para estimar valores estimados óptimos para el cálculo sucesivo de valores estimados aproximativos para símbolos (sk) a estimar en cada capa (k) en cada ruta (a) en el diagrama de estado, mediante un dispositivo para la determinación sucesiva de valores

estimados más exactos mediante minimización de una distancia euclidiana entre el valor estimado aproximativo correspondiente y una pluralidad (P) de hipótesis de símbolo , reducida con respecto al cardinal (|S|) del alfabeto de símbolos, que está situada en el diagrama de constelación junto al valor estimado

aproximativo , y mediante un dispositivo para detectar valores estimados óptimos para los símbolos (sk) estimados en las capas k individuales a partir de los valores estimados más exactos

que pertenecen a una ruta completa del diagrama de estado con una métrica de ruta mínima (M (a) ) , estando configurado el estimador 20 de secuencia (3) de tal modo que ejecuta todas las etapas de un procedimiento según una de las reivindicaciones 1

a 6.

Fig. 1 Fig. 2 Fig. 3A Fig. 3B Fig. 4

Fig. 5

REFERENCIAS CITADAS EN LA DESCRIPCIÓN

La lista de referencias citada por el solicitante lo es solamente para utilidad del lector, no formando parte de los documentos de patente europeos. Aún cuando las referencias han sido cuidadosamente recopiladas, no pueden 5 excluirse errores u omisiones y la OEP rechaza toda responsabilidad a este respecto.

Documentos de patente citado en la descripción •EP 1246418 A2 [0005]

Bibliografía de patentes citada en la descripción

• D.L. MILLINER et al. A layer adaptive M • Performance Analysis of a Fixed-complexity a algorithm for multiple-input multiple-output channel detection. 8th IEEE Workshop on Signal Sphere Decoder in High-Dimensional MIMO

Processing Advances in Wireless Systems. L.G. BARBERO et al. International Communications, 2007 [0008] IEEE Conference on Acoustics, Speech and Signal Proceedings. IEEE, 01. Januar 2006, IV

• QRD Based Tree Search Data Dtection fo.

55. IV 559 [0010] MIMO Communication Systems. W.J. CHIN. 61th IEEE Vehicular Technology Conference. Spring, 2005, vol. 3, 1624-1627 [0009]