ES2260159T3 - Codificador de diversidad de transmision espacio-temporal de bloques modificados. - Google Patents
Codificador de diversidad de transmision espacio-temporal de bloques modificados.Info
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Abstract
Un método para transmitir símbolos de datos en un sistema de comunicación de CDMA que incluye un transmisor (10), que tiene una matriz o conjunto geométricamente ordenado de antenas y un receptor (20), de tal manera que el método comprende las etapas de: generar (301) un primer y un segundo campos de datos de símbolos; codificar (303) dichos primer y segundo campos de datos de símbolos, para dar lugar a complejos conjugados de los símbolos de dichos primer y segundo campos de datos, transmitir (307) desde dicho transmisor un primer tren de impulsos de comunicación (17), que incluye dichos primer y segundo campos de datos, separados por un primer espacio de enlace intermedio, a través de una primera antena (15), y un segundo tren de impulsos de comunicación (18), que incluye dos campos de datos que se producen utilizando, respectivamente, el complejo conjugado del primer campo de datos y la negación del complejo conjugado del segundo campo de datos, campos de datos producidos que están separados, ambos, por un segundo espacio de enlace intermedio, a través de una segunda antena (16), de tal manera que el primer espacio de enlace intermedio está asociado a la primera antena y el segundo (15) espacio de enlace intermedio está asociado a la segunda antena (16), y recibir (308) y descodificar (311) en dicho receptor dichos primer y segundo trenes de impulsos de comunicación con el fin de recuperar dichos primer y segundo campos de datos.
Description
Codificador de diversidad de transmisión
espacio-temporal de bloques modificados.
La presente invención se refiere a sistemas de
comunicaciones que apelan a técnicas de acceso múltiple de división
en código (CDMA -"code division multiple access"). Más
particularmente, la presente invención se refiere a un esquema de
diversidad de transmisión que puede ser aplicado a un sistema de
comunicación de CDMA.
Se ha propuesto la diversidad espacial para
proporcionar soporte a usuarios con velocidad de datos muy elevada
dentro de los sistemas de acceso múltiple de división en código de
banda ancha de tercera generación. Con el uso de antenas múltiples,
los sistemas alcanzan mejores ganancias y calidad de enlace, lo que
resulta en una capacidad del sistema incrementada.
Convencionalmente, la diversidad ha venido explotándose, bien a
través del uso del direccionamiento de los haces, o bien a través
de la combinación de diversidad.
Más recientemente, se ha constatado que es
posible conseguir un uso coordinado de la diversidad mediante el
uso de códigos espacio-temporales. Tales sistemas
pueden incrementar teóricamente la capacidad en hasta un factor
igual al número de antenas de transmisión y recepción de la matriz o
conjunto geométricamente ordenado. Los códigos de bloque
espacio-temporal funcionan sobre un bloque de
símbolos de entrada, dando lugar a una salida en matriz a través de
las antenas y en el tiempo.
En el pasado, ciertos sistemas de diversidad de
transmisión espacio-temporal han venido
transmitiendo símbolos consecutivos de forma simultánea con sus
complejos conjugados. Este tipo de sistema, si bien puede dar lugar
a un solapamiento de los símbolos en el terminal de recepción en el
que la magnitud de solapamiento depende de la longitud de la
respuesta de impulso del canal de propagación. En el modo dúplex de
división en el tiempo (TTD -"time division duplex") se habrá
de tener en cuenta este solapamiento de los símbolos en el receptor
de detección de unión. El detector de unión tendrá que estimar los
símbolos transmitidos y sus conjugados, lo que da lugar a un
incremento de la complejidad de la detección de unión.
Con el fin de paliar este incremento de la
detección de unión, se han creado sistemas que transmiten dos campos
de datos similares pero diferentes. El primer campo de datos, que
tiene una primera porción, D_{11}, y una segunda porción,
D_{12}, se transmite por la primera antena. Se produce un segundo
campo de datos mediante la modificación del primer campo de datos.
La negación del conjugado de D_{12}, -D_{12}*, es la primera
porción del segundo campo de datos, y el conjugado de D_{11},
D_{11}*, es la segunda porción. El segundo campo de datos es
transmitido simultáneamente por la segunda antena. Este tipo de
sistemas da lugar a que la detección de unión implementada en el
receptor tan solo necesite estimar la misma cantidad de símbolos
que en el caso de una antena de transmisión única. En la Figura 1 se
ilustra un diagrama de bloques de este sistema.
Despreciando la interferencia cruzada entre los
bloques, el modelo de la señal recibida puede aproximarse como:
donde
\overrightarrow{d}_{1} = [S_{1},S_{2},
...,S_{N/2}]^{T}
\overrightarrow{d}_{2} = [S_{N/2+1},S_{N/2+2},
...,S_{N}]^{T}
son las formas vectoriales de las secuencias de
símbolos transmitidas. A_{ij} y B_{ij} son las
sub-matrices de las matrices A y B de propagación en
banda de acuerdo con los canales que van de las antenas 1 y 2 a un
usuario específico, respectivamente. Éstas se rescriben por medio de
las siguientes representaciones matriciales en bloques (2 \times
2):
Cada columna de matrices A y B constituye la
versión desplazada de la convolución del código de dispersión y la
respuesta de impulso de canal, respectivamente desde las antenas
primera y para diversidad.
El modelo de la Ecuación 1 puede resolverse
utilizando un BLE de MMSE mediante:
donde \sigma_{n}^{2} es la
varianza del ruido gaussiano blanco aditivo. Ésta puede
simplificarse con el uso de manipulaciones matriciales en
sub-bloques y aproximaciones de Toeplitz en
banda.
El problema con el sistema de diversidad de
transmisión anterior es que las primera y segunda porciones,
D_{11}, D_{12}, del primer campo de datos requieren el mismo
número de símbolos en cada una de las porciones. Algunos campos de
datos de TTD incluyen un número de símbolos impar. En consecuencia,
cuando el campo de datos se divide en dos porciones, las porciones
tienen un número diferente de símbolos. Es necesario implementar un
método para tratar esta desigualdad. Una solución duplica el primer
símbolo para dar respuesta a este problema. Se conocen en la
técnica otras soluciones. El uso de uno de estos métodos da lugar a
computaciones adicionales para la detección de unión en el
receptor. En particular, el primer símbolo no se codifica en STTD y,
en consecuencia, la salida del codificador de STTD se convierte
en:
S_{1},-(S_{(N+1)/2+1},S_{(N+1)/2+2},...,S_{N})
\text{*}, \hskip1cm (S_{2},S_{3},...,S_{(N+1)/2})
\text{*}
Por otra parte, la aproximación inicial
consistente en eliminar los elementos centrales de la Ecuación 1
introduce un pequeño error en el procedimiento de detección de
unión.
De acuerdo con ello, existe la necesidad de
otros sistemas de diversidad de transmisión.
El documento EP 0993129 describe una diversidad
de antenas de transmisión codificadas en bloques
espacio-temporales en un sistema de CDMA, que
facilita la estimación de los canales para la descodificación de la
señal.
El documento WO 02/47278 describe una diversidad
de transmisión temporal en bloques espaciales con el uso de
múltiples códigos de dispersión, de tal modo que dicha publicación
cae dentro de las disposiciones del Art. 54(3) del EPC que
exigen la absoluta novedad de las presentes reivindicaciones.
La presente invención consiste en un sistema y
un método para transmitir símbolos de datos en un sistema de
comunicación de CDMA que incluye un transmisor, que tiene una matriz
o conjunto geométricamente ordenado de antenas, y un receptor. El
sistema genera un primer y un segundo campos de datos de símbolos, y
los codifica a continuación para producir complejos conjugados de
los respectivos símbolos. Se transmiten entonces, por parte del
transmisor, un primer tren de impulsos de comunicación, que incluye
los primer y segundo campos de datos, los cuales están separados
por un espacio de enlace intermedio, por una primera antena, y, por
una segunda antena, un segundo tren de impulsos de comunicación,
producido utilizando dichos complejos conjugados de dichos primer y
segundo campos de datos, los cuales están separados por un espacio
de enlace intermedio. El receptor recibe entonces y descodifica los
primer y segundo trenes de impulsos de comunicación con el fin de
recuperar los primer y segundo campos de datos.
La Figura 1 es un diagrama de bloques de un
sistema de comunicación de la técnica anterior que emplea diversidad
de transmisión espacio-temporal.
La Figura 2 es un diagrama de bloques de un
transmisor y de un receptor en un sistema de comunicación de acuerdo
con la realización preferida de la presente invención.
La Figura 3 es un diagrama de flujo del sistema
de diversidad de transmisión de la presente invención.
La Figura 4 es una ilustración gráfica del
comportamiento de la presente invención.
\newpage
La Figura 2 es un diagrama de bloques de un
transmisor 10, preferiblemente situado en una estación de base, y
de un receptor 20, preferiblemente ubicado en un equipo de usuario
(UE -"user equipment"), en un sistema de comunicación de CDMA
de acuerdo con la realización preferida de la presente invención. Si
bien es preferible tener el transmisor situado en una estación de
base y el receptor situado en el UE, el receptor y el transmisor
pueden permutar sus posiciones y la presente invención funcionar con
una comunicación de enlace ascendente. El transmisor 10 comprende
un codificador de bloque 11, una pluralidad de dispositivos 8, 9 de
distribución en canales, una pluralidad de dispositivos 12, 13 de
inserción de secuencia de dispersión, y una pluralidad de antenas
15, 16. Aunque la Figura 1 ilustra un transmisor que comprende dos
(2) antenas, ha de resultar evidente para las personas con
conocimientos de la técnica que es posible utilizar más de dos (2)
antenas, tal como N antenas.
Un tren de impulsos de comunicación típico tiene
dos campos de datos, separados por una secuencia de espacio de
enlace intermedio. Los datos que han de ser transmitidos por el
transmisor 10 son producidos por un generador de datos (no
mostrado). Los símbolos de datos resultantes del primer campo de
datos (S_{11}, S_{12}, ..., S_{1x}) y del segundo campo de
datos (S_{21}, S_{22}, ..., S_{2x}), representados,
respectivamente, como d_{1} y d_{2}, son remitidos al primer
dispositivo 8 de distribución en canales y al codificador de bloque
11. De preferencia, el codificador de bloque 11 es un codificador de
diversidad de transmisión espacio-temporal de
bloques (BSTTD -"block space time transmit diversity"). El
codificador de bloque 11 codifica los símbolos de entrada de ambos
campos de datos, d_{1}, d_{2}, y genera el complejo conjugado de
d_{1} y la negación del complejo conjugado de d_{2}: d_{1}*,
-d_{2}*. El codificador 11 cambia también el orden de los campos
de datos de tal manera que -d_{2}* queda por delante de
d_{1}*.
Una vez que se han generado los complejos
conjugados y cambiado el orden, el codificador 11 remite los dos
campos de datos -d_{2}*, d_{1}* a un segundo dispositivo 9 de
distribución en canales. Los primer y segundo dispositivos 8, 9 de
distribución en canales dispersan o reparten sus respectivos campos
de datos utilizando el mismo código de distribución en canales. El
primer dispositivo de distribución en canales dispersa o reparte
los campos de datos d_{1}, d_{2} y el segundo dispositivo de
distribución en canales dispersa los campos de datos -d_{2}*,
d_{1}*. Los campos de datos dispersos o repartidos procedentes de
cada uno de los dispositivos 8, 9 de distribución en canales, se
mezclan entonces con el uso de un código de mezcla asociado al
transmisor 10.
Una vez que se ha mezclado cada campo de datos
dispersados, éstos se remiten, respectivamente, a un primer y a un
segundo dispositivos 12, 13 de inserción de secuencia de
adiestramiento. Los campos de datos d_{1}, d_{2} dispersados
son remitidos al primer dispositivo 12 de secuencia de
adiestramiento, y los campos de datos -d_{2}*, d_{1}*
dispersados son remitidos al segundo dispositivo 13 de secuencia de
adiestramiento. Los dispositivos 12, 13 de secuencia de
adiestramiento insertan entre los campos de datos dispersados,
asociados a cada dispositivo de secuencia respectivo 12, 13, un
primer y un segundo espacios de enlace intermedios,
respectivamente. El primer espacio de enlace intermedio está
asociado a una primera de la pluralidad de antenas 15, y el segundo
espacio de enlace intermedio está asociado a una segunda de la
pluralidad de antenas 15. La inserción del espacio de enlace
intermedio entre los campos de datos dispersados produce dos trenes
de impulsos de comunicación 17, 18, respectivamente. Un tren de
impulsos de comunicación 17 típico tiene el espacio de enlace
intermedio, un periodo de salvaguardia y dos campos de datos
d_{1}, d_{2}, como se muestra en la Figura 2. Los dos trenes de
impulsos 17, 18 son modulados y transmitidos simultáneamente al
receptor 20 a través, respectivamente, de la antena 15 y de la
antena para diversidad 16.
Haciendo referencia de nuevo a la Figura 2, el
receptor 20 comprende dos dispositivos de detección de unión (JD
-"joint detection") 24, un descodificador de BSTTD 22, un
dispositivo 23 de distribución en canales y una antena 26. La
antena 26 del UE recibe diversas señales de RF o radiofrecuencia,
incluyendo los trenes de impulsos de comunicación 12, 18, desde el
transmisor 10. La señal de RF se desmodula entonces con el fin de
producir una señal en banda de base.
La señal en banda de base se remite entonces al
JD 24 y al dispositivo 23 de estimación de canal. El dispositivo 23
de estimación de canal proporciona información de canal, tal como
respuestas de impulso de canal, al JD 24. Los JD 24 se acoplan al
dispositivo 23 de estimación de canal, y el descodificador de BSTTD
utiliza la información de canal y los códigos de distribución en
canales para detectar los campos de datos d_{1}, d_{2},
-d_{2}*, d_{1}* de los trenes de impulsos de comunicación
transmitidos 17, 18 en la señal recibida. El modelo exacto de la
señal recibida, de acuerdo con la realización preferida de la
presente invención, se puede representar por:
donde r_{1} y r_{2} son las
señales recibidas, y d_{1} y d_{2} constituyen la secuencia de
símbolos transmitida de los primer y segundo campos de datos,
respectivamente. Como conocen los expertos de la técnica, A y B son
las matrices de propagación en banda, de acuerdo con los canales
procedentes de las antenas 15 y 16. Puesto que los d_{1} y
d_{2} se encuentran bordeados o delimitados por el periodo de
salvaguardia y el espacio de enlace intermedio, que, típicamente,
se cancela, los términos intermedios del interior de una
codificación de campo de datos desaparecen. En consecuencia, la
Ecuación 3 no es una
aproximación.
Los JDs 24, 25 pueden utilizar cualquier tipo de
método de detección de datos y, preferiblemente, el que utiliza la
anterior representación de la señal recibida. De preferencia, se
emplea para la detección de los datos un método de ecualizador
lineal de bloques de codificador cuadrático de valor medio mínimo
(MMSE BLE -"minimum means square encoder block linear
equalizer"). La detección de datos basada en el BLE de MMSE se
escribe como:
donde
con
D_{11} = A^{H}A + (B^{H}B) \text{*} + \sigma
_{n}{}^{2}I
D_{21} = (B^{H}A)^{T} - B^{H}A
(\cdot), (\cdot)^{H} y (\cdot)*
denotan, respectivamente, las funciones traspuesta, compleja
conjugada traspuesta y compleja conjugada. Mediante el uso de la
reducción cíclica para la descomposición de Cholesky de la matriz
de Toeplitz en banda, conjuntamente con alguna manipulación
sub-matricial, los campos de datos d_{1}, d_{2},
-d_{2}*, d_{1}* son estimados por parte del JD 24 con el uso
de, por ejemplo, el algoritmo de bloques BLE de
STTD-JD.
El diagrama de flujo del sistema de comunicación
de la presente invención se ilustra en la Figura 3. Un generador de
datos genera los datos que se han de transmitir al receptor 20
(Etapa 301). Los campos de datos d_{1}, d_{2} son remitidos al
codificador de bloque 11 y al primer dispositivo 8 de distribución
en canales (Etapa 302). Los sub-campos de datos
remitidos al codificador de bloque 11 se codifican (Etapa 303) y
remiten al segundo dispositivo 9 de distribución en canales (Etapa
304). Cada dispositivo 8, 9 de distribución en canales dispersa o
reparte sus respectivas entradas de campo de datos con el uso de un
código de distribución en canales (Etapa 305). Las dos señales
dispersadas se mezclan a continuación, mediante el uso del código de
mezcla asociado al transmisor 10 (Etapa 306), y se transmiten al
receptor 20 a través de las antenas para diversidad 15, 16 (Etapa
307).
El receptor 20 recibe una señal de comunicación
de RF que incluye las dos señales dispersadas procedentes de las
antenas para diversidad 15, 16 (Etapa 308), desmodula la señal y
remite la señal desmodulada al dispositivo 23 de estimación de
canal y al dispositivo 24 de detección de unión (Etapa 309). La
señal recibida es procesada por el dispositivo 23 de estimación de
canal (Etapa 310) y la información de canal es aplicada por los
dispositivos 24, 25 de detección de unión conjuntamente con los
códigos de distribución en canales, a fin de estimar y descodificar
los símbolos de transmisión procedentes de las antenas para
diversidad 15, 16 (Etapa 311), dando como resultado los símbolos
blandos de los campos de datos.
El sistema de la realización preferida
proporciona un método eficaz para transmitir los datos mediante el
uso de diversidad de transmisión espacio-temporal en
bloques a través de un sistema de comunicación de CDMA. La Figura 4
es una ilustración gráfica del comportamiento del sistema de la
presente invención, un BSTTD basado en dos campos de datos, frente
al BSTTD convencional basado en un solo campo de datos. El
comportamiento mejorado de la presente invención se debe, en parte,
al hecho de que no se introduce la interferencia entre los dos
campos de datos, debido a la separación de espacio de enlace
intermedio y del periodo de salvaguardia entre ellos. La presente
invención suprime también la necesidad de que el receptor compense
la codificación de la porción del campo de datos desigual mediante
el uso del primer símbolo dos veces, o mediante la implementación
de algún otro método de compensación que proporcione un sistema
menos complejo cuando se transmite un campo de datos con un número
de símbolos impar.
Claims (12)
1. Un método para transmitir símbolos de
datos en un sistema de comunicación de CDMA que incluye un
transmisor (10), que tiene una matriz o conjunto geométricamente
ordenado de antenas y un receptor (20), de tal manera que el método
comprende las etapas de:
generar (301) un primer y un segundo campos de
datos de símbolos;
codificar (303) dichos primer y segundo campos
de datos de símbolos, para dar lugar a complejos conjugados de los
símbolos de dichos primer y segundo campos de datos,
transmitir (307) desde dicho transmisor un
primer tren de impulsos de comunicación (17), que incluye dichos
primer y segundo campos de datos, separados por un primer espacio de
enlace intermedio, a través de una primera antena (15), y un
segundo tren de impulsos de comunicación (18), que incluye dos
campos de datos que se producen utilizando, respectivamente, el
complejo conjugado del primer campo de datos y la negación del
complejo conjugado del segundo campo de datos, campos de datos
producidos que están separados, ambos, por un segundo espacio de
enlace intermedio, a través de una segunda antena (16), de tal
manera que el primer espacio de enlace intermedio está asociado a
la primera antena y el segundo (15) espacio de enlace intermedio
está asociado a la segunda antena (16), y
recibir (308) y descodificar (311) en dicho
receptor dichos primer y segundo trenes de impulsos de comunicación
con el fin de recuperar dichos primer y segundo campos de datos.
2. El método de acuerdo con la
reivindicación 1, en el cual dicha etapa de recepción y
descodificación comprende:
estimar una respuesta de canal de dichos primer
y segundo trenes de impulsos de comunicación (17, 18) mediante el
uso de dichos espacios de enlace intermedios de los trenes de
impulsos; y
detectar los símbolos de dichos primer y segundo
trenes de impulsos de comunicación (17, 18) en respuesta a dicha
respuesta de canal.
3. El método de acuerdo con la
reivindicación 2, en el cual una estación de base incluye dicho
receptor (20) y un equipo de usuario incluye dicho transmisor
(10).
4. El método de acuerdo con la
reivindicación 2, en el cual un equipo de usuario incluye dicho
receptor (20) y una estación de base incluye dicho transmisor
(10).
5. Un sistema de comunicación de CDMA que
incluye una estación de base y un equipo de usuario, de tal manera
que dicho sistema comprende:
un codificador (11), que codifica un primer y un
segundo campos de datos de símbolos con el fin de producir
complejos conjugados de los símbolos de dichos primer y segundo
campos de datos;
unas primera y segunda antenas (15 y 16) de un
transmisor (10) que transmite señales de RF que incluyen un primer
y un segundo trenes de impulsos de comunicación, de tal manera que
dicho primer tren de impulsos de comunicación (17), que incluye
dichos primer y segundo campos de datos, separados por un primer
espacio de enlace intermedio, es transmitido por dicha primera
antena (15), y dicho segundo tren de impulsos de comunicación (18),
que incluye dos campos de datos que son producidos utilizando,
respectivamente, el complejo conjugado del primer campo de datos y
la negación del complejo conjugado del segundo campo de datos,
campos de datos producidos que están separados, ambos, por un
segundo espacio de enlace intermedio, se transmite por dicha
segunda antena (16), de tal manera que el primer espacio de enlace
intermedio está asociado a la primera antena (15) y el segundo
espacio de enlace intermedio está asociado a la segunda antena (16);
y
un receptor (20), que comprende un
descodificador que codifica dichas señales de RF con el fin de
recuperar dichos primer y segundo campos de datos.
6. El sistema de acuerdo con la
reivindicación 5, en el cual dicho transmisor (10) comprende
adicionalmente:
un primer generador de trenes de impulsos,
asociado a dicha primera antena (15), que genera el primer tren de
impulsos de comunicación (17); y
un segundo generador de trenes de impulsos,
asociado a dicha segunda antena (16), que genera el segundo tren de
impulsos de comunicación (18).
7. El sistema de acuerdo con la
reivindicación 6, en el cual dicha estación de base incluye dicho
receptor (20) y dicho equipo de usuario incluye dicha transmisión
(10).
\newpage
8. El sistema de acuerdo con la
reivindicación 6, en el cual dicho equipo de usuario incluye dicho
receptor (20) y dicha estación de base incluye dicho transmisor
receptor (10).
9. Un transmisor (10) que transmite
símbolos de datos en un sistema de comunicación de CDMA que incluye
una estación de base y un equipo de usuario, de tal modo que dicho
transmisor comprende:
un codificador (11), que codifica un primer y un
segundo campos de datos de símbolos con el fin de producir
complejos conjugados de los símbolos de dichos primer y segundo
campos de datos; y
unas primera y segunda antenas (15 y 16) que
transmiten señales de RF que incluyen un primer y un segundo trenes
de impulsos de comunicación, de tal manera que dicho primer tren de
impulsos de comunicación (17), que incluye dichos primer y segundo
campos de datos, separados por un primer espacio de enlace
intermedio, es transmitido por dicha primera antena (15), y dicho
segundo tren de impulsos de comunicación (18), que incluye dos
campos de datos que son producidos utilizando, respectivamente, el
complejo conjugado del primer campo de datos y la negación del
complejo conjugado del segundo campo de datos, campos de datos
producidos que están separados, ambos, por un segundo espacio de
enlace intermedio, se transmite por dicha segunda antena (16), de
tal manera que el primer espacio de enlace intermedio está asociado
a la primera antena (15) y el segundo espacio de enlace intermedio
está asociado a la segunda antena (16).
10. El transmisor (10) de acuerdo con la
reivindicación 9, que comprende adicionalmente:
un primer generador de trenes de impulsos,
asociado a dicha primera antena (15), que genera el primer tren de
impulsos de comunicación (17); y
un segundo generador de trenes de impulsos,
asociado a dicha segunda antena (16), que genera el segundo tren de
impulsos de comunicación (18).
11. El transmisor (10) de acuerdo con la
reivindicación 10, de tal manera que dicha estación de base incluye
dicho transmisor.
12. El transmisor (10) de acuerdo con la
reivindicación 10, de tal manera que dicho equipo de usuario
incluye dicho transmisor.
Applications Claiming Priority (2)
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|---|---|---|---|
| US25509800P | 2000-12-13 | 2000-12-13 | |
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| ES2260159T3 true ES2260159T3 (es) | 2006-11-01 |
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ID=22966833
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