MÉTODO Y SISTEMA QUE IMPLEMENTAN UN ESQUEMA DE TURBO-DIVERSIDAD PARA SISTEMAS OFDM INALÁMBRICOS.

Método y sistema para implementar un esquema de turbo-diversidad en sistemas OFDM inalámbricos.

El método comprende pasar, por parte de una estación base o un terminal de usuario, información que comprende señales de datos y codificar, por parte de unos turbocodificadores primero y segundo, dichas señales de datos recibidas, generando dos bloques de turbocódigo diferentes que comprenden un conjunto de bits sistemáticos y de paridad; en el que, con el fin de potenciar la detección los dos bloques de turbocódigo diferentes se transmiten simultáneamente a través de un sistema OFDM inalámbrico y en el que las señales de datos que van a codificarse por dicho segundo turbocodificador se entrelazan antes de codificarse por un entrelazador de bits externo.

El sistema de la invención está dispuesto para implementar el método de la invención.

Método y sistema que implementan un esquema de turbo-diversidad para sistemas OFDM inalámbricos Campo de la técnica La presente invención se refiere, en general, a comunicaciones inalámbricas, y más específicamente, se refiere de manera general, en un primer aspecto, a un método para implementar un esquema de turbo-diversidad para sistemas OFDM inalámbricos.

Un segundo aspecto de la invención se refiere a un sistema dispuesto para implementar el método del primer aspecto.

Estado de la técnica anterior

Las comunicaciones inalámbricas se ven enormemente afectadas por múltiples fuentes perjudiciales de interferencia, además del habitual ruido de fondo que está presente en cada sistema de comunicación. La presencia de múltiples obstáculos entre el transmisor y el receptor provoca varios fenómenos de reflexión, dispersión y difracción que dan como resultado que múltiples copias de la señal original lleguen al receptor, denominado comúnmente multitrayectoria [7]. La interferencia destructiva entre las señales recibidas da como resultado valores nulos profundos en el receptor, lo que debe superarse apropiadamente con el fin de recuperar la información.

Se encuentra multitrayectoria principalmente en escenarios urbanos densos de sistemas de comunicación móviles actuales tales como GSM, UMTS, WiMAX o LTE, en los que habitualmente hay condiciones sin línea de visión (NLOS) entre la estación base y el terminal de usuario. Además, la movilidad tanto del terminal del usuario como de los objetos en el entorno introduce dispersiones por efecto Doppler adicionales, lo que provoca variaciones en el tiempo de los desvanecimientos intensos según la velocidad del usuario [7]. Además, la interferencia procedente de células del entorno (especialmente en los bordes de célula) reduce la relación señal a interferencia más ruido (SINR) recibida empeorando aún más los efectos de multitrayectoria.

Existen varias técnicas para superar los efectos de multitrayectoria, incluyendo entre otras: codificación de canal, entrelazado, aleatorización y diversidad. Aunque las tres primeras técnicas se han estudiado a fondo y se han implementado en todos los sistemas de comunicación móviles prácticos, las técnicas de diversidad ofrecen múltiples opciones que pueden aprovecharse de una manera innovadora.

Una de las técnicas aprovechadas en la diversidad es la tecnología de múltiples antenas, que se incorpora como un nivel inicial tanto en LTE como en LTE avanzada. La diversidad de recepción se basa en la presencia de varias antenas de recepción en el terminal, que capturan diferentes versiones de la misma señal ayudando así en la recepción mediante una combinación de relación máxima (MRC) [2]. La diversidad de transmisión se basa habitualmente en el esquema de Alamouti, que es una técnica de codificación de bloques en espacio y tiempo (STBC) ortogonal muy extendida que potencia la recepción con una complejidad de receptor mínima [2]. Las tecnologías de OFDM (tales como WiMAX, LTE y LTE avanzada) emplean una variante del esquema de Alamouti denominada SFBC (codificación de bloques en espacio y frecuencia) en la que las señales se codifican en el espacio y la frecuencia, en lugar del espacio y el tiempo. Otros esquemas de diversidad de transmisión se basan en una precodificación adaptativa de las señales originales basándose en informes de calidad enviados desde los usuarios (como es el caso para el LTE Transmission Mode 6 [2]) .

Problemas con las soluciones existentes:

La codificación de Alamouti es una manera simple pero eficaz de potenciar la detección, con la propiedad deseable de ser el único código en espacio y tiempo ortogonal con tasa de transmisión unitaria [4]. La ortogonalidad implica que no hay interferencia entre las señales de ambas antenas, lo que simplifica la detección en gran medida. La figura 1 muestra la base de la codificación de Alamouti.

Independientemente, la codificación de canal protege la información usando una de varias técnicas de codificación posibles, entre las cuales la turbocodificación y la codificación convolucional son las más ampliamente usadas [2]. Estas técnicas protegen la información mediante adición de bits de redundancia (denominados bits de paridad) que se generan eficazmente en la transmisión mediante una combinación de registros de desplazamiento y, en el caso de la turbocodificación, operaciones de entrelazado. La figura 2 representa gráficamente la operación de turbocodificación de tasa de transmisión 1/3 tal como se emplea en UMTS y LTE.

El inconveniente de este esquema es que la diversidad de transmisión se independiza completamente de la codificación de canal, evitando así cualquier interacción de decodificación entre ellos en el receptor. La SFBC introduce redundancia en la segunda antena replicando la señal original (previamente conjugada y sometida a inversión de signo para lograr la ortogonalidad) , pero no aprovecha ninguna propiedad de la señal sometida a codificación de canal lo que aumenta la redundancia.

Existen situaciones en las que los esquemas de diversidad tradicionales combinados con la codificación de canal no alivian la interferencia, como sucede por ejemplo en el contexto de redes heterogéneas. El despliegue de células pequeñas en la zona de cobertura de una macrocélula se desvía habitualmente para aumentar la zona de cobertura de la célula pequeña, dando lugar a la denominada expansión de alcance de célula (CRE) [5]. La zona de CRE de la zona pequeña se caracteriza por valores de geometría muy bajos (inferiores a 0 dB) , en los que una macrointerferencia es habitualmente muy superior a la señal deseada, tal como se representa en la figura 3. En estas condiciones, los receptores requieren estructuras avanzadas para superar la interferencia y evitar fallos del enlace de radio.

Por tanto, en escenarios tanto homogéneos como heterogéneos todavía está la necesidad de una recepción potenciada en los límites de célula y en condiciones de interferencias graves. La falta de un “traspaso continuo” en sistemas OFDM, como el contemplado en WCDMA, requiere otros mecanismos de colaboración complejos entre células dirigidos a potenciar la SINR recibida, como en CoMP (multipunto coordinado) . La operación de CoMP todavía es muy compleja y requiere una estrecha interacción entre células así como un conocimiento detallado de la información de estado de canal (CSI) recibida en cada uno de los transmisores diferentes.

Es importante observar que un mecanismo de “traspaso continuo” similar al presente en WCDMA no puede aplicarse como tal en sistemas OFDM, porque el terminal no podrá discriminar las transmisiones de estaciones base diferentes. Dadas dos estaciones base sincronizadas en el tiempo desde las cuales se envía la misma información t hacia un usuario móvil, la señal recibida será:

(1) (2) (1) (2)

r º ht º ht º n º (h º h ) t º n ,

donde h (1) y h (2) representan las funciones de transferencia de canal relevantes a las frecuencias de interés entre el usuario y las dos estaciones base, respectivamente, y n es la componente de interferencia más ruido. Dado que el terminal no puede distinguir las señales de las dos estaciones (porque no existe ningún multiplexado de código como en CDMA) , la detección coherente no es posible y la transmisión combinada se considerará como canal SISO equivalente con una función de transferencia combinada igual a la suma de las funciones de transferencia individuales. Esto da como resultado que no haya ninguna ventaja para el terminal, excepto una ganancia de 3 dB adicionales en la señal recibida promedio (que puede obtenerse mejor con el uso de diversidad de recepción) , con el inconveniente adicional de introducir valores nulos de señal artificiales en las frecuencias cuando las dos respuestas de frecuencia de canal se cancelan entre sí.

Para superar estas dificultades, están estudiándose receptores con cancelación de interferencia avanzados para la extensión de la cobertura. Una de las soluciones más atractivas se denomina receptores SIC [6]. Suponen un esquema de detección-reconstrucción-sustracción iterativo en el que la interferencia se cancela sucesivamente de la señal recibida, mejorando la detección especialmente en condiciones de SINR muy baja.

También se han propuesto otras soluciones. En [8] se describe un transceptor de diversidad turbocodificada, en el que se combina la turbocodificación con diversidad de antena y también se introduce un procedimiento de tipo SIC. El inconveniente de este esquema es que sólo se transmite una versión codificada del bloque (no se introduce redundancia adicional) y el procedimiento...

1. Método para implementar un esquema de turbo-diversidad en sistemas OFDM inalámbricos, que comprende:

pasar, por parte de una estación base o un terminal de usuario, información que comprende señales de datos; y

codificar, por parte de unos turbocodificadores primero y segundo, dichas señales de datos recibidas, y generar dos bloques de turbocódigo diferentes que comprenden un conjunto de bits sistemáticos y de paridad, caracterizado porque con el fin de potenciar la detección dichos dos bloques de turbocódigo diferentes se transmiten simultáneamente a través de un sistema OFDM inalámbrico, y en el que las señales de datos que van a codificarse por dicho segundo turbocodificador se entrelazan antes de codificarse por un entrelazador de bits externo.

2. Método según la reivindicación 1, caracterizado porque comprende transmitir cada uno de dichos dos bloques de turbocódigo diferentes sobre antenas de transmisión diferentes.

3. Método según la reivindicación 1, caracterizado porque comprende transmitir cada uno de dichos dos bloques de turbocódigo diferentes sobre portadoras de componentes diferentes.

4. Método según las reivindicaciones 2 ó 3, caracterizado porque dichos dos bloques de turbocódigo diferentes generados se procesan adicionalmente por medio de técnicas de procesamiento según cualquiera de una técnica de adaptación de tasa de transmisión, aleatorización, entrelazado, correlación de modulación entre otras tecnologías.

5. Método según la reivindicación 4 cuando depende de la 2, caracterizado porque comprende además desentrelazar dichos bits sistemáticos tras el segundo turbocodificador, y aplicar una codificación de bloques en espacio y frecuencia basada en Alamouti, SFBC, a dichos bits sistemáticos desde el segundo turbocodificador antes de transmitirlos a una segunda antena de dichas dos antenas diferentes.

6. Método según la reivindicación 4 cuando depende de la 3, caracterizado porque comprende además desentrelazar dichos bits sistemáticos tras el segundo turbocodificador antes de transmitirlos a una segunda portadora de componente de dichas dos portadoras de componentes diferentes.

7. Método según la reivindicación 6, caracterizado porque comprende separar de dichos dos bloques turbocodificados diferentes de cada una de dichas portadoras de componentes diferentes los símbolos que portan bits sistemáticos de los símbolos que portan bits de paridad en el lado de receptor, y realizar una técnica de combinación MRC con dichos símbolos que portan bits sistemáticos correspondientes a ambas de cada una de dichas portadoras de componentes diferentes.

8. Método según la reivindicación 7, caracterizado porque comprende realizar con dichos símbolos combinados que portan bits sistemáticos y dichos símbolos que portan bits de paridad un cálculo de valores de razón de verosimilitud logarítmica, LLR.

9. Método según la reivindicación 8, caracterizado porque comprende además decodificar, tras la recepción, dichos símbolos calculados que portan bits sistemáticos y de paridad aprovechando las salidas de cada iteración de turbodecodificación de una portadora de componente como información extrínseca a la decodificación de la otra portadora de componente, con entrelazado o desentrelazado apropiado de la información extrínseca dependiendo de la portadora de componente que está considerándose.

10. Método según la reivindicación 5, caracterizado porque comprende separar de dichos dos bloques turbocodificados diferentes los símbolos que portan bits sistemáticos de los símbolos que portan bits de paridad en el lado de receptor, y realizar además una decodificación SFBC basada en Alamouti con los símbolos que portan bits sistemáticos y un forzado de cero, MMSE, ML o cualquier otra técnica de decodificación de MIMO con los símbolos que portan bits de paridad.

11. Método según la reivindicación 10, caracterizado porque comprende realizar con dichos símbolos que portan bits sistemáticos y dichos símbolos que portan bits de paridad un cálculo de valores de razón de verosimilitud logarítmica, LLR.

12. Método según la reivindicación 11, caracterizado porque comprende decodificar, tras la recepción, dichos símbolos calculados que portan bits sistemáticos y de paridad aprovechando las salidas de cada iteración de turbodecodificación de una antena de transmisión como información extrínseca para la otra antena de transmisión, con entrelazado o desentrelazado apropiado de la información extrínseca dependiendo de la antena de transmisión que está considerándose.

13. Método según la reivindicación 12, caracterizado porque comprende decodificar, tras la recepción, por medio de una técnica de cancelación de interferencia sucesiva, dichos símbolos que portan bits sistemáticos y de paridad mediante reconstrucción y cancelación de la interferencia en cada bloque recibido provocada por la otra antena de transmisión.

14. Sistema para turbo-diversidad en sistemas OFDM inalámbricos, que comprende:

dos estaciones base y al menos un terminal de usuario que transmite y recibe señales de datos a través de un sistema OFDM inalámbrico; y

unos turbocodificadores (102 y 103) primero y segundo adaptados para codificar dichas señales de datos recibidas y para generar dos bloques de turbocódigo diferentes que comprenden un conjunto de bits sistemáticos 10 y de paridad, transmitiéndose cada uno de dichos bloques turbocodificados por una estación base diferente,

caracterizado porque comprende además: una unidad (101) de entrelazador externo dispuesta en dicho segundo turbocodificador (103) y adaptada para entrelazar las señales de datos antes de codificarse por el segundo turbocodificador, y en el que con el fin de potenciar la detección cada uno de dichos bloques de turbocódigo se transmite simultáneamente por cada una de dichas estaciones base a través de un sistema OFDM inalámbrico.

15. Sistema según la reivindicación 14, caracterizado porque comprende una pluralidad de unidades de procesamiento dispuestas en dichos turbocodificadores primero y segundo.

16. Sistema según la reivindicación 15, caracterizado porque comprende además una codificación (104) de bloques en espacio y frecuencia basada en Alamouti, SFBC, tras el segundo turbocodificador, dispuesta para codificar los símbolos que portan bits sistemáticos.