Procedimiento y dispositivo multi-antenas de transmisión de señales.

Procedimiento de emisión de una señal compuesta de una pluralidad de símbolos a partir de ne antenas de emisión,

siendo ne un número entero superior o igual a 2, caracterizado porque comprende las etapas siguientes:

precodificar los símbolos a emitir de manera de generar, para cada paquete de m símbolos consecutivos a emitir, m combinaciones lineales de símbolos, siendo m un número entero igual al número ne de antenas de emisión, la precodificación consiste en aplicar a cada vector de m símbolos consecutivos a emitir, una matriz de precodificación ortonormada compleja de dimensión m x m, de manera de formar dichas m combinaciones lineales de símbolos, y

para cada paquete de m símbolos consecutivos a emitir, codificar dichas m combinaciones lineales según una codificación espacio-tiempo, de manera de emitir unos después de otros los bloques de q combinaciones lineales codificadas con q entero inferior o igual a m, cada bloque de q combinaciones lineales codificadas siendo emitidas a partir de q’ antenas de emisión, siendo q’ un entero superior o igual a q, cada una de las combinaciones lineales codificadas de dicho bloque de q combinaciones lineales codificadas siendo emitidas durante q” intervalos de emisión temporales consecutivos propios a dicho bloque a partir de una de dichas ne antenas de emisión, siendo q” un entero superior o igual a q.

Procedimiento y dispositivo multi-antenas de transmisión de señales Campo de la técnica La presente invención se sitúa en el campo de los sistemas de comunicación inalámbrico de varias antenas de emisión, que corresponden a los sistemas MIMO (por Multiple Input Multiple Output en lengua inglesa) o a los sistemas MISO (por Multiple Input Single Output) .

Antecedentes Es conocido utilizar varias antenas de emisión en los sistemas de comunicación inalámbrico para reducir los efectos de los desvanecimientos multi-trayectos, y aumentar así la calidad del servicio del sistema. Esta técnica es particularmente descrita en el documento [1] titulado “A simple transmit diversity technique for wireless communications” de S.M Alamouti, IEEE JSAC, Vol.16, NO.8, Octubre 1998. En este documento, Alamouti define una codificación espaciotiempo por bloques que permite explotar al máximo la diversidad espacial en un sistema de dos antenas de emisión y M antenas de recepción. Esta codificación es ilustrada con relación a las figuras 1, 2a, 2b, 3a y 3b adjuntas.

La figura 1 muestra un sistema de comunicación inalámbrico incluyendo dos antenas de emisión, E1 y E2, y una antena de recepción R1. Cada antena de emisión emite un símbolo durante un intervalo temporal de duración T llamado a continuación intervalo de emisión. Para esta transmisión de símbolos, los desvanecimientos son considerados como constantes en dos intervalos de emisión consecutivos. Para los canales de Rayleigh, se considera que el canal entre las jº3

antenas E1 y R1 es igual a h1=a1ejº1 durante los dos primeros intervalos de emisión, denotados IT1 e IT2, y en h3=a3edurante los dos intervalos de emisión siguientes, denotados IT3 e IT4. Por igual, el canal entre las antenas E2 y R1 es igual a h2=a2ejº2 durante los intervalos IT1 e IT2 y a h4=a4ejº4 durante los intervalos IT3 e IT4.

La codificación espacio-tiempo por bloques expuesta en el documento [1] aplicada a los símbolos a transmitir es dada a continuación para dos casos:

- emisión de 2 símbolos s1 y s2;

- emisión de 4 símbolos s1, s2, s3 y s4;

En el primer caso, la codificación espacio-tiempo del documento [1] consiste en transmitir durante el intervalo temporal IT1, simultáneamente los símbolos s1 y s2 y luego, durante el intervalo temporal IT2, los símbolos –s2* y s1* respectivamente a partir de las antenas E1 y E2. Cada antena de emisión emite con una potencia p/2.

Como muestra la figura 2a, si se desprecia el ruido durante la transmisión, las señales r1 y r2 recibidas por la antena de recepción R1, durante el intervalo IT1 y el intervalo IT2 respectivamente, son entonces:

r1=h1's1+h2's2

r2=-h1's2*+h2's1*

donde * es el operador de conjugación complejo.

La figura 2b es una representación lineal virtual pero equivalente de la codificación espacio-tiempo por bloques de la figura 2a. Esta es obtenida transformando r2 en –r2*. La representación matricial matemática de la codificación espaciotiempo es entonces la siguiente:

Si, en recepción, se aplica a las señales recibidas la matriz de decodificación , transconjugada de la matriz de codificación , se obtiene:

o sea Estando dado que la matriz de codificación/decodificación es una matriz diagonal, los símbolos emitidos son muy fáciles de detectar en recepción. En el caso de una emisión de 4 símbolos s1, s2, s3 y s4, estos últimos son emitidos sobre los 4 intervalos de emisión. El

esquema de emisión es el siguiente: 10

IT1 IT2 IT3 IT4

Antena E1 s1 -s2 * s3 -s4 *

Antena E2 s2 s1 * s4 s3 *

Como muestra la figura 3a, las señales r1, r2, r3 y r4 recibidas por la antena de recepción R1, respectivamente durante los intervalos IT1, IT2, IT3 e IT4, son entonces:

r1=h1's1+h2's2

r2=-h1's2*+h2's1* r3=h3's3+h4's4 r4=-h3's4*+h4's3*

La figura 3b es una representación lineal equivalente de la codificación espacio-tiempo por bloques de la figura 3a. La 20 codificación espacio-tiempo de la figura 3b puede ser representada por el producto de las matrices siguientes:

Si se aplica, en recepción, a este producto de matrices la matriz de decodificación se obtiene:

Al igual que para el caso precedente, la matriz de codificación/decodificación al ser diagonal, es muy fácil de detectar en recepción los símbolos emitidos.

El principal inconveniente de esta codificación espacio-tiempo es que ésta no es generalizable a un sistema con más de dos antenas de emisión.

Los autores, tales como M.M.Da silva y A. Corréia en su documento [2] titulado “Space time block coding for 4 antennas with coding rate 1”, IEEE 7th Int. Symp. On Spread-Spectrum Tech And Appl., Praga, 2-5 de septiembre 2002, definieron una codificación espacio-tiempo para 4 antenas de emisión.

La figura 4 muestra un sistema de comunicación inalámbrico que incluye 4 antenas de emisión E1, E2, E3 y E4 y 1 antena de recepción R1 en la cual es aplicada dicha codificación.

El esquema de emisión descrito en el documento [2] es el siguiente:

IT1 IT2 IT3 IT4

Antena E1 s1 -s2 * -s3 * s4

Antena E2 s2 s1 * -s4 * -s3

Antena E3 s3 -s4 * s1 * -s2

Antena E4 s4 s3 * s2 * s1

Cada símbolo es emitido con una potencia p/4 sobre cada antena y para cada intervalo ITi. Como muestra la figura 5a,

si se desprecian los ruidos durante la transmisión, las señales r1, r2, r3 y r4 entonces recibidas por la antena de recepción R1, respectivamente durante los intervalos IT1, IT2 IT3 e IT4, son:

r1=h1·s1+h2·s2+h3·s3+h4·s4 r2=-h1·s2*+h2·s1*-h3·s4*+h4·s3* r3=-h1·s3*-h2·s4*+h3·s1*+h4·s2*

r4=h1·s4-h2·s3-h3·s2+h4·s1

La figura 5b es una representación lineal equivalente de la codificación espacio-tiempo por bloques de la figura 5a. La codificación espacio-tiempo de la figura 5b puede ser representada por el producto de las matrices siguientes:

Si se aplica en recepción, a este producto de matrices con matriz de decodificación 5

La matriz de codificación/decodificación no es más diagonal y comprende términos llamados de interferencia intersímbolo. Estas interferencias son muy fuertes y necesitan generalmente una detección de los símbolos por un detector de máxima verosimilitud (Maximum Likelihood Detection en lengua inglesa) complejo de emplear. A fin de explotar al máximo la diversidad, Da Silva y Correia proponen precodificar los símbolos antes de su codificación espacio-tiempo.

Ellos proponen para esto utilizar una matriz de rotación compleja ortonormal A8 definida de la manera siguiente:

Esta precodificación permite modificar la matriz global de emisión/recepción de los símbolos mientras mantiene la detección de los símbolos para máxima verosimilitud.

El artículo titulado “Space-Time Block Codes from Co-ordinate Interleaved Orthogonal Designs” de Md Zafar Ali Khan y

B. Sundar Rajan, IEEE International Symposium on Information Theor y , Nueva York, 30 de junio 2002, describe un procedimiento de emisión a partir de más de dos antenas de emisión y que utiliza una técnica de codificación espaciotiempo llamada « Co-ordinate interleaved orthogonal designs (CIOD) ». El autor propone de hecho un esquema espacio temporal basado en la codificación de Alamouti pero no considera la precodificación. En esta técnica la matriz global GCLPOD (Generalized Complex Linear Processing Orthogonal Design) debe cumplir dos condiciones: los símbolo emitidos en las antenas deben corresponder a una combinación lineal de varios símbolos y de sus conjugados, y la matriz global debe ser ortogonal.

Un propósito de la invención es proponer un procedimiento que permita librarse de la detección de los símbolos para máxima verosimilitud en recepción.

Otro propósito de la invención es proponer un procedimiento de emisión de símbolos que permita emitir con dos antenas de emisión o más y tener en recepción una detección simple de los símbolos emitidos.

PRESENTACIÓN DE LA INVENCIÓN

Según la invención, estos propósitos son alcanzados efectuando una etapa de precodificación con una matriz de precodificación particular que permite obtener, en recepción, una detección de los símbolos por aplicación de la matriz de precodificación inversa.

La invención se refiere a un procedimiento de emisión de una señal compuesta de una pluralidad de símbolos a partir de ne antenas de emisión, siendo ne un entero superior o igual a 2, que incluye las etapas siguientes:

precodificar los símbolos a emitir de manera de generar, para cada paquete de m símbolos consecutivos... [Seguir leyendo]

1. Procedimiento de emisión de una señal compuesta de una pluralidad de símbolos a partir de ne antenas de emisión, siendo ne un número entero superior o igual a 2, caracterizado porque comprende las etapas siguientes:

precodificar los símbolos a emitir de manera de generar, para cada paquete de m símbolos consecutivos a emitir, m combinaciones lineales de símbolos, siendo m un número entero igual al número ne de antenas de emisión, la precodificación consiste en aplicar a cada vector de m símbolos consecutivos a emitir, una matriz de precodificación ortonormada compleja de dimensión m x m, de manera de formar dichas m combinaciones lineales de símbolos, y

para cada paquete de m símbolos consecutivos a emitir, codificar dichas m combinaciones lineales según una codificación espacio-tiempo, de manera de emitir unos después de otros los bloques de q combinaciones lineales codificadas con q entero inferior o igual a m, cada bloque de q combinaciones lineales codificadas siendo emitidas a partir de q’ antenas de emisión, siendo q’ un entero superior o igual a q, cada una de las combinaciones lineales codificadas de dicho bloque de q combinaciones lineales codificadas siendo emitidas durante q” intervalos de emisión temporales consecutivos propios a dicho bloque a partir de una de dichas ne antenas de emisión, siendo q” un entero superior o igual a q.

2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque q, q’ y q” son iguales a 2.

3. Procedimiento según la reivindicación 2, caracterizado porque ne es igual a 2.

4. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque éste comprende además,

antes de la etapa de codificación espacio-tiempo, una etapa de entrelazado de dichas combinaciones lineales para modificar el orden temporal de éstas.

5. Procedimiento según la reivindicación 4, caracterizado porque dicha etapa de entrelazado es efectuada con la ayuda una matriz de entrelazado de tamaño m’ x m’, siendo m’ superior o igual a m.

6. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque la matriz de precodificación es una matriz o una combinación de matrices que pertenecen al grupo especial unitario SU (m) .

7. Procedimiento según la reivindicación 6, caracterizado porque dicha matriz de precodificación es el producto de Kronecker de una matriz de Hadamard de orden y de una matriz del grupo especial unitario SU (k) , siendo k un entero superior o igual a 2.

8. Procedimiento según la reivindicación 7, caracterizado porque la matriz del grupo Especial Unitario SU (2) es del tipo

k’ y k” enteros relativos.

9. Procedimiento de recepción de una señal compuesta de una pluralidad de símbolos emitidos a partir de ne antenas de emisión, siendo ne un entero superior o igual a 2, con la ayuda de nr antenas de recepción, siendo nr un entero superior o igual a 1, caracterizado porque consiste en:

- recepcionar unos después de otros sobre cada una de dichas nr antenas de recepción bloques de q combinaciones lineales codificadas;

-decodificar m combinaciones lineales aplicándoles una etapa de codificación espacio-tiempo inversa sobre los bloques de q combinaciones lineales codificadas recibidas, siendo m y q los enteros tales que q es inferior o igual a m y siendo m un número entero igual al número ne de antenas de emisión;

- efectuar una etapa de precodificación lineal inversa por aplicación de una matriz de precodificación ortonormada compleja a dichas m combinaciones lineales de manera de recuperar los m símbolos emitidos.

10. Procedimiento de recepción según la reivindicación 9, caracterizado porque:

los m símbolos recuperados correspondientes al resultado de la aplicación de una matriz global que presentan términos diagonales proporcionales a una suma de términos diagonales de una matriz diagonal, y que presentan al menos varios términos no diagonales proporcionales a una diferencia entre los términos diagonales de la matriz diagonal, los otros términos no diagonales siendo nulos, la matriz diagonal correspondiente a la 50 transformación de las m combinaciones lineales de símbolos en las combinaciones lineales salidas de la codificación espacio-tiempo inversa.

11. Procedimiento de recepción según la reivindicación 9 ó 10, caracterizado porque los bloques de q combinaciones lineales codificadas son recepcionados durante q” intervalos de recepción temporales consecutivos propios de cada bloque, siendo q” un entero superior o igual a q.

12. Procedimiento de recepción según la reivindicación 9, caracterizado porque consiste además, antes de la etapa 5 de precodificación lineal inversa, en aplicar una etapa de entrelazado inverso.

13. Procedimiento de recepción según la reivindicación 12, caracterizado porque:

- la etapa de precodificación inversa consiste en aplicar a las combinaciones lineales salidas de la codificación espacio tiempo inversa, una matriz de precodificación inversa ortonormada compleja,

- los m símbolos recuperados correspondientes al resultado de la aplicación de una matriz global que presenta los

términos diagonales proporcionales a una suma de términos diagonales de una matriz diagonal, y que presenta los términos no diagonales proporcionales a una diferencia entre al menos dos términos diagonales de la matriz diagonal, la matriz diagonal correspondiendo a la transformación de las m combinaciones lineales de símbolos en las combinaciones lineales salidas de la codificación espacio-tiempo inversa y de la etapa de entrelazado inverso.

14. Dispositivo de emisión de una señal compuesta de una pluralidad de símbolos a partir de ne antenas de emisión, siendo ne un número entero superior o igual a 2, caracterizado porque comprende al menos:

- medios de precodificación de los símbolos a emitir de manera de generar, para cada paquete de m símbolos consecutivos a emitir, m combinaciones lineales de símbolos, siendo m un número entero igual al número ne de antenas de emisión, la precodificación consistiendo en aplicar a cada vector de m símbolos consecutivos a emitir,

una matriz de precodificación ortonormada compleja de dimensión m x m de manera de formar dichas m combinaciones lineales de símbolos; y

- medios de codificación para codificar dichas m combinaciones lineales, para cada paquete de m símbolos consecutivos a emitir, según una codificación espacio-tiempo de manera de emitir unos después de otros los bloques de q combinaciones lineales codificadas con q entero inferior o igual a m, cada bloque de q

combinaciones lineales codificadas siendo emitidas a partir de q’ antenas de emisión, siendo q’ un entero superior o igual a q, cada una de las combinaciones lineales codificadas de dicho bloque de q combinaciones lineales codificadas siendo emitidas durante q” intervalos de emisión temporales consecutivos propios a dicho bloque a partir de una de dichas ne antenas de emisión, siendo q” un entero superior o igual a q.

15. Dispositivo de recepción de una señal compuesta de una pluralidad de símbolos a partir de ne antenas de emisión,

siendo ne un entero superior o igual a 2, con la ayuda de nr antenas de recepción, siendo nr un número entero superior o igual a 1, caracterizado porque comprende al menos:

- medios para recepcionar unos después de otros sobre cada una de dichas nr antenas de recepción bloques de q combinaciones lineales codificadas;

- medios para decodificar m combinaciones lineales aplicando una codificación espacio-tiempo inversa sobre los

bloques de q combinaciones lineales codificadas recibidas, siendo m y q enteros tales que q es inferior o igual a m y siendo m un número entero igual al número ne de antenas de emisión;

- medios para efectuar una precodificación lineal inversa por aplicación de una matriz de premodificación ortonormada compleja a dichas m combinaciones lineales de manera a recuperar los m símbolos emitidos.

16. Sistema de comunicación inalámbrico, que comprende un dispositivo de emisión según la reivindicación 14 y un 40 dispositivo de recepción según la reivindicación 15.

(Arte anterior)

(Arte anterior) (Arte anterior)

(Arte anterior) (Arte anterior) (Arte anterior) (Arte anterior)