ES2439742T3

ES2439742T3 - Procedimientos y módulos de emisión/recepción para un sistema multiantena multiportadora de secuencia de aprendizaje

Info

Publication number: ES2439742T3
Application number: ES07858716.9T
Authority: ES
Inventors: Benoit Le Saux; Maryline Helard; Laurent Boher
Original assignee: France Telecom SA; Orange SA
Current assignee: Orange SA
Priority date: 2006-11-24
Filing date: 2007-11-19
Publication date: 2014-01-24
Anticipated expiration: 2027-11-19
Also published as: CN101601244A; US8290081B2; EP2087675B1; CN101601244B; WO2008062131A1; EP2087675A1; FR2909240A1; US20090304104A1

Abstract

Procedimiento (1) de emisión adaptado para un sistema de Nt antenas de emisión y Nr antenas de recepción,donde Nt y Nr son superiores o iguales a 1, estando separada una antena de emisión de una antena de recepciónpor un subcanal de transmisión, implementado mediante Nt dispositivos de emisión de múltiples portadoras quecomprende cada uno un módulo de multiplexado y de modulación mediante NFFT funciones ortogonales (MX1, ...,MXNt) que forman unos símbolos ortogonales destinados a ser transmitidos por las Nt antenas de emisión TX1, ...,TXNt, comprendiendo las etapas que consisten: - en determinar (2) una secuencia de aprendizaje de base **Fórmula** determinada por la colocación de Np símbolospiloto en una trama tiempo frecuencia, - en determinar (3) Kn >= réplicas de la secuencia de aprendizaje de base **Fórmula** tales que al menos unaréplica esté desplazada temporalmente de la secuencia de base con Ki >= 1 y al menos un Ki ³>=2, con los requisitosde que la separación temporal extrema entre réplicas sea inferior al número Np de portadoras piloto y que eldesplazamiento temporal mínimo entre réplicas de dos secuencias de aprendizaje sea superior o igual a la extensiónmáxima de los retardos de los subcanales, - en determinar (4) por la antena de emisión TXi una secuencia de aprendizaje como la suma de las Ki réplicas.

Description

Procedimientos y módulos de emisión/recepción para un sistema multiantena multiportadora de secuencia de aprendizaje

5 La presente invención se relaciona con el campo de las telecomunicaciones. En el seno de este campo, la invención se refiere más particularmente a las comunicaciones denominadas digitales. Las comunicaciones digitales comprenden en particular las comunicaciones inalámbricas por vía herciana así como las comunicaciones cableadas. El soporte de transmisión de las comunicaciones se denomina normalmente canal de transmisión o de propagación, originalmente por referencia a un canal aéreo y por extensión por referencia a cualquier canal.

La invención se refiere a las técnicas implementadas en emisión y en recepción especialmente adaptadas para la estimación de los canales de transmisión en un sistema multiantena del tipo MIMO (“Multiple Input Multiple Output” por “Entradas Múltiples Salidas Múltiples”) o MISO (“Multiple Input Single Output” por “Entradas Múltiples Salida

15 Única”) que implementa unas portadoras múltiples y una ecualización, esta última o bien en el dominio de la frecuencia o bien en el dominio temporal. En un sistema de varias antenas de emisión o de recepción, hay tantos canales de transmisión como pares (antena de emisión - antena de recepción); estos canales se denominan a veces subcanales. La estimación consiste en estimar la respuesta a impulsos de cada uno de estos canales. La invención se aplica los sistemas multiantena y multiportadora que comprenden típicamente al menos dos antenas de emisión. Sin embargo la invención se aplica también a un sistema de una única antena de emisión.

Estos sistemas se realizan con una trama cuyo contenido, inicialmente del dispositivo de emisión, está constituido por símbolos de datos útiles es decir símbolos que codifican la información de una señal de entrada y, en la salida del mismo dispositivo, se reparten en tiempo y en frecuencia durante la emisión sobre varias portadoras. La figura 1

25 es una ilustración de una trama del tipo OFDM (“Orthogonal Frequency Division Multiplexing”) con unos símbolos de datos útiles D en blanco y unos símbolos piloto SP en negro. Se habla entonces de una trama tiempo-frecuencia que determina en el tiempo la colocación de los símbolos de datos útiles y los símbolos piloto sobre las diferentes portadoras. Además, la presencia de varias antenas de emisión permite introducir la diversidad espacial multiplexando los datos útiles entre estas antenas. En lo que sigue en el documento, los datos designan los datos útiles.

La invención se puede aplicar a las comunicaciones en el enlace ascendente (de un terminal hacia la estación base), así como las comunicaciones en el enlace descendente (de una estación de base hacia un terminal).

35 Un ejemplo de aplicación de la invención es el campo de las comunicaciones fijas o de radios móviles, particularmente por los sistemas de cuarta generación y siguientes típicamente denominados B3G (acrónimo de Beyond 3G). Estos sistemas comprenden en particular los sistemas MC-CDMA (“Multi-Carrier Coded Division Multiple Access”), OFDMA (“Orthogonal Frequency Division Multiple Access”) en el enlace descendente o ascendente con un esquema de transmisión del tipo MIMO (“Multiple Input Multiple Output”), en los que los datos a transmitir se reparten en unas tramas tiempo-frecuencia que comprenden unos símbolos piloto y eventualmente unas portadoras nulas. La invención se aplica en particular a cualquier tipo de sistema con modulación OFDM, por ejemplo del tipo OFDMA, LP-OFDM, o a unos sistemas del tipo IFDMA.

Los procedimientos de emisión clásicos comprenden una etapa de modulación. Ya que no se utiliza una modulación

45 diferencial (sistema no coherente), es imperativo para el receptor estimar el canal de propagación (sistema coherente), con el fin de poder ecualizar la señal recibida y detectar los bits emitidos. Las modulaciones diferenciales aplicadas a los sistemas multiantena no se consideran actualmente como unas candidatas prometedoras para los sistemas de comunicación de alta velocidad. En efecto, duplican el nivel de ruido, lo que tiene como resultante una degradación del rendimiento del orden de 3 dB.

La función de estimación del canal es por lo tanto particularmente importante para los sistemas multiantena porque los rendimientos de estos sistemas están directamente ligados a la estimación del canal en el receptor. En los sistemas multiantena, esta función debe permitir estimar los diferentes canales que enlazan cada antena de emisión con cada antena de recepción, unos independientemente de los otros.

55 Se conocen ya varias técnicas en emisión adaptadas para la estimación de los canales de transmisión en un sistema multiantena que comprende varias antenas de emisión. Entre estas técnicas, se distinguen aquellas que se basan en la explotación de símbolos de referencia, denominados pilotos, insertados en la trama tiempo-frecuencia durante la emisión. Estos pilotos son conocidos para el receptor y permiten a este último estimar los canales de transmisión correspondientes a cada una de las antenas de emisión. Teóricamente, la capacidad de los sistemas MIMO aumenta linealmente con un número de antenas más pequeño entre las antenas en emisión y las antenas en recepción. En la práctica, la eficacia espectral útil es tanto más reducida cuanto más se incrementa el número de antenas a causa de la presencia necesaria de símbolos piloto en la trama.

65 Existen diferentes técnicas para insertar unos símbolos piloto en la trama tiempo frecuencia emitida por una antena. Para una misma trama tiempo frecuencia, el conjunto de los símbolos piloto forma una secuencia de aprendizaje.

Para un sistema multiantena, hay tantas secuencias de aprendizaje como antenas de emisión.

Una técnica conocida de inserción de símbolos piloto ilustrada por la figura 2 consiste en emitir en cada antena de emisión un impulso, o más generalmente una secuencia de aprendizaje, desplazada en el tiempo entre antenas en 5 un valor Lt, de manera que el receptor en cada antena de recepción pueda aislar en el dominio temporal las

respuestas impulsionales de los diferentes canales de transmisión. Por ejemplo sea c(p), p = 0,..., Np-1 el símbolo piloto emitido en la frecuencia portadora de índice p sobre la antena de emisión TX1. Np es el número de portadoras piloto. El símbolo piloto emitido en el mismo símbolo OFDM sobre la antena TXi es entonces igual a:

p(i− )Δt

− 2π

ccNp

10 (p) = (p)e

i

siendo Lt el desplazamiento temporal entre los impulsos emitidos sobre las diferentes antenas. Con el fin de que las respuestas impulsionales de los diferentes subcanales no se interfieran entre sí, es necesario que L ≤ Lt, siendo L la extensión máxima de los retardos de los diferentes subcanales. Por otro lado, una condición para determinar el

15 conjunto de las respuestas impulsionales es Nt ×L ≤ Np, siendo Nt el número de antenas de emisión TXi. Para asegurar esta última condición, el desplazamiento temporal Lt se elige de manera que se satisfaga la relación Nt ×L ≤ Np.

El artículo de M.-S.Baek, H.-J. Kook, M.-J. Kim, Y.-H. You y H-S. Song, “Multi-Antenna Scheme for High Capacity

20 Transmission in the Digital Audio Broadcasting”, IEEE Transactions on Broadcasting, Vol. 51, Nº 4, dic. 2005 y el artículo de I. Barhumi, G. Leus y M. Moonen, “Optimal Training Design for MIMO OFDM Systems in Mobile Wireless Channels”, IEEE Transactions on Signal Processing, Vol. 51, Nº 6, junio 2003 se basan en una técnica de ese tipo. En el primer artículo, el conjunto de subportadoras de un símbolo OFDM está dedicado a la estimación del canal, lo que permite al receptor recuperar antes de la demodulación OFDM las diferentes respuestas impulsionales. Por el

25 contrario, en el segundo artículo, el multiplexado de los símbolos de datos útiles y de los símbolos piloto, repartidos éstos últimos sobre uno o varios símbolos OFDM para formar una secuencia de aprendizaje, implica que la operación de recuperación de las respuestas impulsionales en la recepción se realiza después de la demodulación OFDM. Esta operación realiza la matriz A construida a partir de la secuencia de aprendizaje y la matriz de Fourier de dimensión adaptada. La estimación de los coeficientes de las diferentes respuestas impulsionales consiste en

30 multiplicar la señal recibida demodulada por la pseudo inversa de esta matriz A. Los procedimientos divulgados presentan la ventaja de conservar entre las diferentes antenas de emisión la disposición de los símbolos piloto de una trama mono antena, de utilizar el mismo conjunto de subportadoras para el conjunto de las secuencias piloto y de evitar la presencia impuesta de símbolos piloto nulos. Ofrecen por lo tanto una gran eficacia espectral. Permiten ventajosamente estimar el canal para el conjunto de las portadoras moduladas.

35 La invención tiene por objetivo ser incluso más eficaz que los métodos conocidos de emisión de tramas tiempo frecuencia con la inserción de símbolos piloto que forman una secuencia de aprendizaje, durante su utilización en un sistema de al menos una antena, para mejorar los rendimientos obtenidos.

40 Con este fin, la presente invención tiene por objetivo un procedimiento de emisión, un módulo de emisión, un procedimiento de estimación del canal y un módulo de estimación del canal.

Un procedimiento de emisión según la invención está adaptado para un sistema de Nt antenas de emisión TX1, ..., TXNt y Nr antenas de recepción, donde Nt y Nr son superiores o iguales a 1, estando separada una antena de

45 emisión de una antena de recepción por un subcanal de transmisión, y se realiza mediante Nt dispositivos de emisión multiportadora que comprende cada uno un módulo de multiplexado y de modulación mediante NFFT funciones ortogonales que forman unos símbolos ortogonales destinados a ser transmitidos por las Nt antenas de emisión. El procedimiento se caracteriza por que comprende las etapas que consisten:

50 - en determinar una secuencia de aprendizaje de base c ~(p) determinada por la colocación de Np símbolos piloto en una trama tiempo frecuencia,

(

J

t

Nt

i=

réplica esté desplazada temporalmente de la secuencia de base con Ki ≥ 1 y al menos un Ki ≥ 2, con los requisitos

55 de que la separación temporal extrema entre réplicas sea inferior al número Np de portadoras piloto y que el desplazamiento temporal mínimo entre réplicas de dos secuencias de aprendizaje sea superior o igual a la extensión máxima de los retardos de los subcanales,

-: en determinar por la antena de emisión TXi una secuencia de aprendizaje como la suma de las Ki réplicas. 60

Kn

Ki

c ~(p) en determinar réplicas de la secuencia de aprendizaje de base tales que al menos una

-

=

Un módulo de emisión de acuerdo con la invención comprende un módulo de multiplexado y de modulación mediante NFFT funciones ortogonales adaptado a un sistema de antenas que comprende Nt antenas de emisión TX1, ..., TXNt, Nr antenas de recepción, donde Nt y Nr son superiores e iguales a 1, y una trama tiempo frecuencia por antena de emisión que comprende unos símbolos piloto y unos símbolos de datos de una señal útil, siendo modulados los símbolos de datos y los símbolos piloto en frecuencia por el módulo de multiplexado y de modulación para formar unos símbolos ortogonales que son emitidos por una antena de emisión en la forma de una señal multiportadora de NFFT portadoras con Np portadoras piloto. El módulo se caracteriza porque comprende además:

-: un módulo de determinación de la secuencia de aprendizaje de base determinada por el posicionamiento de Np símbolos piloto en la trama tiempo frecuencia asociada a una antena de emisión determinada,

( Nt J

-: un módulo de determinación de Kn, Kn = tKi , réplicas de la secuencia de aprendizaje de base tales que al

i=

menos una réplica esté desplazada temporalmente de la secuencia de base, con Ki ≥ 1 y al menos un Ki ≥ 2, con las requisitos de que la separación temporal extrema entre réplicas sea inferior al número Np de portadoras piloto y de que el desplazamiento temporal mínimo entre réplicas de dos secuencias de aprendizaje sea superior o igual a la extensión máxima de los retardos de los subcanales que enlazan una antena de emisión y una antena de recepción y

-: un módulo de determinación de una secuencia de aprendizaje por la antena de emisión como la suma de las Ki réplicas.

Un procedimiento, de acuerdo con la invención, de estimación de los canales de transmisión de un sistema multiantena que implementa Nt antenas de emisión, en donde Nt es superior o igual a 1, al menos una antena de recepción y una trama tiempo frecuencia por antena de emisión que comprende Np símbolos piloto que forman una secuencia de aprendizaje y unos símbolos de datos de una señal útil, siendo cada una de las Nt secuencias de aprendizaje la suma de Ki réplicas desplazadas temporalmente o no de una secuencia de aprendizaje de base, tales que los valores Ki sean superiores e iguales a uno y al menos un valor Ki sea superior o igual a dos, siendo conocido por el receptor y permitiendo a este último estimar una respuesta impulsional correspondiente al canal de transmisión que separa una antena de emisión de una antena de recepción considerada, estando modulados los símbolos de datos y los símbolos piloto en frecuencia mediante un módulo de multiplexado y de modulación mediante NFFT funciones ortogonales para formar unos símbolos ortogonales que son emitidos por las antenas de emisión bajo la forma de una señal multiportadora de NFFT portadoras. El procedimiento se caracteriza porque comprende:

-: una etapa de cálculo de una matriz A construida en forma de bloques a partir de las secuencias de aprendizaje y de la matriz de Fourier de dimensiones NFFT x NFFT, cuyo número de bloques es igual al producto del número de símbolos ortogonales de la secuencia de aprendizaje de base por la suma de las Ki, estando determinado un bloque por el producto de una parte de una matriz diagonal formada por los símbolos piloto contenidos en un símbolo ortogonal de la secuencia de aprendizaje asociada al bloque y por otro lado por la matriz de Fourier y

porque comprende:

para una antena de recepción considerada,

-: una etapa de cálculo de Ki estimaciones de al menos una de entre las Nt respuestas impulsionales en el dominio temporal y multiplicando Np símbolos piloto, extraídos de una señal de frecuencia obtenida después de la demodulación de una señal temporal recibida por la antena de recepción considerada por medio de una transformada de Fourier de tamaño NFFT, con la pseudo inversa de la matriz A y

-: una etapa de cálculo de una media sobre las Ki estimaciones de la respuesta impulsional considerada.

Un módulo de estimación, según la invención, de los canales de transmisión de un sistema multiantena que implementa Nt antenas de emisión, en donde Nt es superior o igual a 1, al menos una antena de recepción y una trama tiempo frecuencia por antena de emisión que comprende unos símbolos piloto que forman una secuencia de aprendizaje y unos símbolos de datos de una señal útil, siendo conocidas para el receptor las Nt secuencias de aprendizaje, permiten a este último estimar Nt respuestas impulsionales correspondientes a los Nt canales de transmisión que separan respectivamente una de las antenas de emisión de la antena de recepción considerada, estando modulados los símbolos de datos y los símbolos piloto en frecuencia por un módulo de multiplexado y de modulación mediante NFFT funciones ortogonales para formar unos símbolos ortogonales que son emitidos por las antenas de emisión en la forma de una señal multiportadora de NFFT portadoras con Np portadoras piloto. El módulo se caracteriza porque comprende:

-: unos medios para calcular una matriz A construida en forma de bloques a partir de las secuencias de aprendizaje y

de la matriz de Fourier de dimensiones NFFT x NFFT, cuyo número de bloques es igual al producto del número de símbolos ortogonales de la secuencia de aprendizaje de base por la suma de las Ki, estando determinado un bloque por el producto de una parte de una matriz diagonal formada por los símbolos piloto contenidos en un símbolo ortogonal de la secuencia de aprendizaje asociada al bloque y por otro lado por la matriz de Fourier y

5 porque comprende:

para una antena de recepción considerada:

-: unos medios para calcular Ki estimaciones de al menos una de entre las Nt respuestas impulsionales en el dominio temporal multiplicando Np símbolos piloto, extraídos de una señal de frecuencia obtenida después de la demodulación de una señal temporal recibida por la antena de recepción considerada por medio de una transformada de Fourier de tamaño NFFT, con la pseudo inversa de la matriz A y

15 - un medio de cálculo de la media sobre las Ki estimaciones de la respuesta impulsional considerada.

El procedimiento de emisión y el procedimiento de estimación así como los módulos y dispositivos asociados de acuerdo con la invención resuelven el problema presentado. En efecto, la emisión de al menos una secuencia de aprendizaje comprende al menos dos réplicas de una secuencia de aprendizaje de base en la que al menos una está desplazada temporalmente, permitiendo tener al menos dos estimaciones de una misma respuesta impulsional y por tanto calcular una media de estas diferentes estimaciones. Este cálculo de la media mejora la estimación de la respuesta impulsional de un canal.

Según un modo de realización particular, se añade un intervalo de seguridad antes de cualquier emisión del símbolo

25 ortogonal y se respeta el requisito sobre el valor mínimo del desplazamiento temporal eligiendo un desplazamiento temporal mínimo igual al valor del intervalo de seguridad.

Según un modo de realización particular, las réplicas se determinan ventajosamente en el dominio de la frecuencia y los desplazamientos temporales de las réplicas se obtienen mediante la inserción de un desfase cuyo cálculo es fácil. De acuerdo con una primera realización, los valores de los desfases se eligen según un orden determinado. En particular, este orden es conocido por al menos un receptor asociado a una antena de recepción del sistema. Según una segunda realización, el desfase es función de un índice de portadora.

Según un modo de realización particular, la secuencia de aprendizaje de base está extendida sobre varios símbolos 35 ortogonales.

Según un modo de realización particular, cada una de las estimaciones de las respuestas impulsionales se calcula sobre un intervalo temporal Lt a partir de las Np portadoras piloto. Esta doble limitación permite ventajosamente limitar los cálculos y por lo tanto reducir la potencia de cálculo necesaria para la implementación del procedimiento.

Según un modo de realización particular, el cálculo de las respuestas impulsionales se repite para cada antena de recepción considerada del sistema multiantena. Este modo está adaptado a unos sistemas que comprenden varias antenas de recepción.

45 Además, la invención tiene por objetivo un emisor para un sistema multiantena. Comprendiendo el emisor al menos un módulo de emisión según un objetivo precedente.

Además, la invención tiene por objetivo un receptor para un sistema multiantena. Comprendiendo el receptor al menos un módulo de estimación de los canales de transmisión según un objetivo precedente.

Además, la invención tiene por objetivo un sistema multiantena que comprende al menos un receptor y/o un emisor según uno de los objetivos precedentes.

Según un modo preferido, el sistema multiantena tiene típicamente al menos dos antenas de emisión y es tanto un

55 sistema MIMO como un sistema MISO. En lo que sigue en el documento, se debe entender un sistema MIMO como un sistema de varias antenas de emisión cualquiera que sea el número de antenas de recepción (Nr ≥ 1).

Según una implementación preferida, las etapas del procedimiento se determinan mediante las instrucciones de un programa de emisión, respectivamente de estimación, en un circuito electrónico tal como un chip que puede por sí mismo estar colocado en un dispositivo electrónico tal como un emisor, respectivamente un receptor. El procedimiento de emisión, respectivamente de estimación, según la invención puede realizarse asimismo cuando este programa se carga en un órgano de cálculo tal como un procesador o equivalente cuyo funcionamiento está controlado entonces por la ejecución del programa.

65 En consecuencia, la invención se aplica igualmente a un programa de ordenador, particularmente a un programa de ordenador sobre o en un soporte de informaciones, adaptado para la realización de la invención. Este programa puede utilizar cualquier lenguaje de programación y estar en la forma de código fuente, código objeto, o código intermedio entre el código fuente y código objeto tal como en una forma parcialmente compilada o en cualquier otra forma deseable para implementar un procedimiento de acuerdo con la invención.

5 El soporte de informaciones puede ser cualquier entidad o dispositivo capaz de almacenar el programa. Por ejemplo, el soporte puede incluir un medio de almacenamiento, tal como una ROM, por ejemplo un CD ROM o una ROM de circuito microelectrónico, o incluso un medio de registro magnético, por ejemplo un disquete (floppy disc) o un disco duro.

Alternativamente, el soporte de informaciones puede ser un circuito integrado en el que el programa esté incorporado, estando adaptado el circuito para ejecutar o para ser utilizado en la ejecución del procedimiento en cuestión.

Por otro lado, el programa de emisión o de estimación puede ser traducido a una forma que pueda transmitirse tal

15 como una señal eléctrica u óptica, y que puede ser conducida a través de un cable eléctrico u óptico, por radio o por otros medios. El programa según la invención puede, en particular, ser descargado desde una red del tipo Internet o equivalente.

Surgirán otras características y ventajas de la invención durante la descripción que sigue realizada en conexión con las figuras adjuntas dadas a título de ejemplo no limitativo.

La figura 1 es una ilustración de una trama del tipo OFDM (“Orthogonal Frequency Division Multiplexing”).

La figura 2 es una ilustración de una emisión mediante el sistema de cuatro antenas de emisión de secuencias de

25 aprendizaje compuesta cada una por un impulso temporal desplazado temporalmente entre antenas, según la técnica anterior.

La figura 3 es una ilustración de una emisión mediante un sistema de una antena de emisión de una secuencia de aprendizaje compuesta por dos réplicas, una de ellas desplazada temporalmente, de una secuencia de aprendizaje de base igual a un impulso temporal, según la invención.

La figura 4 es una ilustración de una emisión mediante un sistema de cuatro antenas de emisión (Nt = 4) de secuencias de aprendizaje compuestas de réplicas de una secuencia de aprendizaje de base igual a un impulso temporal, estando compuesta la secuencia de la antena TX1 por dos réplicas, una de ellas desplazada

35 temporalmente, según la invención.

La figura 5 es un organigrama de un procedimiento de emisión según la invención.

La figura 6 es un organigrama de un procedimiento de estimación según la invención.

La figura 7 es un esquema de un sistema de transmisión particular según la invención que permite la realización de un procedimiento según la invención.

La figura 8 es una representación gráfica de resultados de simulación.

45 La figura 3 es una ilustración de una emisión de una secuencia de aprendizaje compuesta por dos réplicas, una de ellas desfasada, de un impulso temporal, según la invención.

El caso ilustrado es el de un sistema de una antena de emisión y una antena de recepción, de emisión de tramas tiempo frecuencia con secuencia de aprendizaje. En este caso y según la invención, la secuencia de aprendizaje asociada a la antena de emisión está compuesta de al menos dos réplicas, desplazadas temporalmente entre sí, y una secuencia de aprendizaje de base. Según la ilustración, la secuencia de aprendizaje de base es un impulso temporal. Cada una de las réplicas permite determinar una estimación de la respuesta del canal de transmisión que separa la antena de emisión de la antena de recepción. La respuesta impulsional del canal se determina entonces

55 según la invención como la media de estas dos estimaciones.

La figura 4 es una ilustración de una emisión mediante un sistema de cuatro antenas de emisión de secuencias de aprendizaje compuestas de réplicas de una secuencia de aprendizaje de base igual a un impulso temporal, estando compuesta la secuencia de aprendizaje de la antena TX1 por dos réplicas, una de ellas desplazada temporalmente, según la invención.

Según la invención, en un sistema multiantena con varias antenas de emisión, la secuencia de aprendizaje de al menos una antena de emisión está compuesta por al menos dos réplicas, desplazadas temporalmente entre sí, de una secuencia de aprendizaje de base. Según la ilustración, la secuencia de aprendizaje de base es un impulso 65 temporal y la secuencia de aprendizaje de la antena TX1 está compuesta por dos réplicas desplazadas temporalmente entre sí. Cada una de estas réplicas permite determinar una estimación de la respuesta del canal de

transmisión que separa la antena de emisión TX1 de la antena de recepción considerada, RXj. La respuesta del canal de transmisión entre la antena de emisión TX1 y la antena de recepción RXj se determina entonces según la invención como la media de estas dos estimaciones.

La figura 5 es un organigrama del procedimiento 1 de emisión según la invención.

Un procedimiento 1 de emisión según la invención está adaptado para un sistema de Nt antenas de emisión y Nr antenas de recepción, donde Nt y Nr son superiores o iguales a 1. Una antena de emisión está separada de una antena de recepción por un subcanal de transmisión. El procedimiento se realiza mediante Nt dispositivos de emisión de portadoras múltiples que comprenden cada uno un módulo de multiplexado y de modulación mediante NFFT funciones ortogonales que forman unos símbolos ortogonales destinados a ser transmitidos por las Nt antenas de emisión TX1, ..., TXNt. El sistema realiza una trama tiempo frecuencia mediante la antena de emisión que comprende unos símbolos piloto y unos símbolos de datos de una señal útil. Los símbolos de datos y los símbolos piloto son modulados en frecuencia mediante un módulo de multiplexado y de modulación para formar unos símbolos ortogonales que son emitidos por una antena de emisión en la forma de una señal multiportadora de NFFT portadoras con Np portadoras piloto.

En una primera etapa, el procedimiento 1 consiste en determinar 2 una secuencia de aprendizaje de base c ~(p) siendo p el índice de portadoras piloto.

Esta secuencia se determina típicamente en el dominio de la frecuencia mediante la determinación de las portadoras piloto en número Np y su reparto sobre uno o varios símbolos ortogonales. Estos símbolos ortogonales son denominados OFDM cuando la modulación ortogonal en emisión es del tipo OFDM. Cuando la secuencia de aprendizaje de base se reparte sobre varios símbolos ortogonales, las portadoras piloto pueden ser idénticas, diferentes o superponerse parcialmente entre símbolos ortogonales. Por ejemplo, una secuencia de aprendizaje de base es un impulso temporal como se ilustra por las figuras 2, 3 y 4, una secuencia de ese tipo se puede escribir en la forma c ~(p)= 1 para 1 ≤ p ≤ Np.

En una segunda etapa, el procedimiento consiste en determinar 3 requisitos subordinados:

( Nt J

Kn = tKi (1)

i=

réplicas de índice n de la secuencia de aprendizaje de base tales que al menos una réplica esté desplazada temporalmente de la secuencia de aprendizaje de base. Los valores Ki son al menos superiores o iguales a uno y al menos un valor Ki es superior o igual a dos. La determinación de los requisitos de las réplicas desplazadas o no temporalmente se efectúa típicamente en el dominio de la frecuencia mediante la introducción de un desfase de un valor ϕn multiplicando la secuencia de aprendizaje de base con un factor de rotación de fase según la expresión:

(i− )

− 2np "t

−ϕn Np(2)

c(p)× e = c(p)× e

siendo 1 ≤ n ≤ Kn mientras se verifican los requisitos siguientes.

Un primer requisito es que el intervalo temporal extremo entre las diferentes réplicas de la secuencia de aprendizaje de base previamente determinadas sea inferior al número Np de portadoras piloto, es decir:

Kn × Lt ≤ Np (3)

Un segundo requisito es que el desplazamiento temporal mínimo entre dos réplicas de dos secuencias de aprendizaje asociadas a las antenas de emisión i y j, c ~(p)i y c ~(p)j , con i ≠ j, sea superior o igual a la extensión

máxima de los retardos de los diferentes subcanales:

L ≤ Lt (4)

con L la extensión máxima de los retardos de los diferentes subcanales.

Además, una condición para determinar el conjunto de las respuestas impulsionales es:

Nt × L ≤ Np (5)

Esta condición se cumple automáticamente, si el desplazamiento temporal Lt elegido verifica las dos limitaciones anteriores.

5 En una tercera etapa, el procedimiento determina 4 la secuencia de aprendizaje para cada antena de emisión TXi.

Para al menos una antena de emisión, TXi, la secuencia de aprendizaje es la suma de Ki réplicas, con Ki ≥ 2, de la secuencia de aprendizaje de base con al menos una réplica de la secuencia de base desplazada temporalmente.

10 Según un modo preferido de realización, la expresión de las secuencias de aprendizaje viene dada por la expresión, siempre que se verifiquen los requisitos (3), (4) y (5):

(i +(k −1)Nt−1)

Ki − j 2πp Δt

c ~(p)i = c ~(p)

Np (6)

t

e

k =1

En particular en el caso de que el valor Ki ≥ 2 sea igual a dos, la secuencia de aprendizaje de al menos una antena 15 TXi corresponde al cálculo de la expresión:

p(i −1)Δtp(i +Nt−1)Δt

− j 2π− j 2π

Np Np (7)

c ~(p)i = c ~(p) e + c ~(p) e

Para cada una de las otras antenas TXi, la secuencia de aprendizaje comprende al menos una réplica desfasada en ϕi, con ϕi, ≥ 0, de la secuencia de aprendizaje de base, lo que corresponde al cálculo de la expresión: 20

(i +(k −1)Nt−1)

Ki Ki − j 2πp Δt

jϕ Np

c ~(p)ic ~(p) c ~(p)

−

(8)

t

ik

e e

= =

k=1 k =1

con Ki ≥ 1 número de réplicas que componen la secuencia de aprendizaje de la antena TXi y con la condición de verificar los requisitos (3), (4) y (5).

25 Según un modo de realización particular, la secuencia de aprendizaje asociada a cada antena de emisión es la suma de K réplicas de la secuencia de aprendizaje de base. Preferiblemente, para cualquier antena de emisión TXi, la secuencia de aprendizaje viene en este caso dada por la expresión, con la condición de verificar los requisitos (3),

(4) y (5):

(i +(k −1)Nt−1)

Ki − j 2πp Δt

c ~(p)i = c ~(p)

Np (9)

t

e

k =1

30 En este caso, Kn = Nt x K.

El ejemplo siguiente se da título de ilustración. Los parámetros del sistema toman los valores siguientes: NFFT = Nmod = Np = 8, Lt = 2. NFFT, Nmod y Np son respectivamente el tamaño de la FFT, el número de portadoras moduladas y el

35 número de portadoras piloto. El número g de símbolos ortogonales sobre los que se extiende la secuencia de aprendizaje se toma igual a uno. El sistema es multiantena con dos antenas de emisión, Nt = 2. Cada secuencia de aprendizaje está construida a partir de K1 = K2 = K = 2 réplicas. Esto da:

1 11

p×( − )×2p×( + Nt− )×2

− 2n − 2n − nn

c(p) = c(p)e 8+ c(p)e 8= c(p)+ c(p)e p×(2− )×2p×(2+ Nt− )×2n 3n

− 2n − 2n − p − pc(p) = c(p)e 8+ c(p)e 8= c(p)e 2 + c(p)e 2

40 siendo c ~(p) el símbolo piloto emitido a la frecuencia portadora p y perteneciente a la secuencia de aprendizaje de

base. La limitación Kn × Lt ≤ Np se verifica claramente puesto que (2 + 2) × 2 = 8 ≤ 8. De manera arbitraria, c ~(p) se elige igual a uno para el conjunto de las portadoras piloto. El motivo del símbolo OFDM que comprende la secuencia de aprendizaje de base está representado en la Tabla 1 en el Anexo A. La primera columna de la Tabla 1 representa

45 los índices de frecuencia y la segunda columna el tipo de datos asociado (P símbolos piloto).

Lo que da finalmente para las secuencias de aprendizaje de dos antenas:

− np

c(p) =+ e

n 3n

− p − p

1c(p) = e + e

La figura 6 es un organigrama de un procedimiento 10 de estimación según la invención.

Un procedimiento 10 de estimación según la invención permite estimar los canales de transmisión en un sistema multiantena con al menos una antena de emisión y una antena de recepción, Nt ≥ 1 y Nr ≥ 1. Un canal de transmisión separa una antena de emisión TXi de una antena de recepción RXj. Un sistema multiantena emite una trama tiempo frecuencia por antena de emisión. Una trama tiempo frecuencia determina en el tiempo el emplazamiento de los símbolos de datos útiles y de los símbolos piloto sobre las diferentes portadoras. La trama tiempo frecuencia puede comprender además unos símbolos nulos, pero como no intervienen en el procedimiento de estimación, no son tenidos en cuenta en la descripción. La descripción no tiene en cuenta tampoco las portadoras de seguridad que no intervienen tampoco en el procedimiento de selección. Para una misma antena de emisión, los símbolos piloto forman una secuencia de aprendizaje. El procedimiento de selección según la invención está adaptado para unas señales emitidas según un procedimiento de emisión, según un primer objetivo de la invención, pero pueden ser realizadas por otros tipos de señales emitidas con, sin embargo, una pérdida de eficacia.

La descripción a continuación del procedimiento de estimación según la invención se realiza suponiendo que las señales emitidas lo son según un procedimiento de emisión según un primer objetivo de la invención.

Las réplicas que componen las Nt secuencias de aprendizaje están desplazadas temporalmente entre sí al menos en un intervalo temporal Lt. Las secuencias de aprendizaje son conocidas por el receptor y permiten a este último estimar Nt respuestas impulsionales que corresponden a los Nt canales de transmisión. Para una antena de emisión dada, los símbolos de datos y los símbolos piloto están moduladas en frecuencia por un módulo de multiplexado y de modulación mediante NFFT funciones ortogonales, normalmente denominado multiplexor ortogonal, para formar unos símbolos ortogonales que son emitidos por la antena de emisión conectada al multiplexor ortogonal, bajo la forma de una señal multiportadora de NFFT portadoras con Np portadoras piloto. Los símbolos piloto pueden estar repartidos, según la trama tiempo frecuencia considerada, para uno o varios símbolos ortogonales. La modulación es, según un modo de realización particular, una modulación OFDM.

Un procedimiento de estimación según la invención interviene en la recepción después de una etapa de demodulación. La demodulación demodula una señal temporal recibida por la antena de recepción RXj considerada por medio de una FFT de cierto tamaño, para obtener una señal de frecuencia Rj(n) y extraer de ella Np símbolos piloto. Según una realización particular, la demodulación es una demodulación OFDM. Típicamente el tamaño de la FFT se determina en función del tamaño de la FFT, NFFT, efectuada durante la emisión. Los tamaños se eligen típicamente idénticos. En la emisión la FFT es de tipo inverso mientras que en la recepción la FFT es de tipo directo.

En el instante n, la señal resultante de la antena de recepción RXj puede expresarse en el dominio de la frecuencia, es decir después de la supresión del intervalo de seguridad y después de la demodulación OFDM, en la forma de un vector de columna de dimensión NFFT:

Nt

Rj(n) = t diag{Xi(n)} F hj,i(n) + Ξj(n) (10)

i =1

con Xi(n) un vector columna de dimensión NFFT, el símbolo OFDM emitido en el instante n en la antena TXi,

F la matriz de Fourier de tamaño NFFT x NFFT,

hj,i(n) el vector columna que representa las L muestras de la respuesta impulsional del subcanal que une la antena de emisión TXi con la antena de recepción RXj, y

Ξj(n) el vector columna de dimensión NFFT que representa la transformada de Fourier de un ruido aditivo blanco gaussiano.

Para simplificar ventajosamente los cálculos, el procedimiento de estimación explota la señal demodulada según la expresión (10) únicamente durante la duración Lt:

Nt

Rj(n) = t diag{Xi(n)} F’ hj,i’(n) + Ξj(n) (11)

i =1

F’ la matriz constituida por las Lt primeras columnas de la matriz de Fourier F de tamaño NFFT x NFFT, hj,i’ un vector columna de longitud Lt cuyos elementos de las líneas más allá de L están a cero: hj,i = [hj,i T, 0Lt-L]T (12) La notación diag{x} designa una matriz diagonal que tiene el vector columna x sobre su diagonal:

a

0 0

La matriz de Fourier F es cuadrada, de dimensiones NFFT x NFFT, y de la forma siguiente:

a

diag

b b 0

(13)

=

c c

1 1

2π

− j

FFT

donde wN = eN . La matriz F’ se deduce directamente de F:

FFT

11 Λ 1

2 N −1

FFT

Λ

ww w

N N N

F =

FFT FFT FFT

(14)

ΜΜΜΛ Μ

NFFT

NFFT −1 2(NFFT −1) (NFFT −1)(NFFT −1)

Λ

w w w

N N N

FFT FFT FFT

FFT FFT

ΜΜ ΜΛΜ

11 Λ 1

2 Δt −1

Λ

ww w

N N N

F’ =

FFT

(15)

NFFT NFFT −1 2(NFFT −1) (Δt −1)(Δt −1)

Λ

w w w

NN N

FFTFFT FFT

El procedimiento 10 de estimación según la invención comprende una etapa 11 de cálculo de una matriz A y, para

15 una antena de recepción RXj considerada, una etapa 12 de cálculo en el dominio temporal de estimaciones de las Nt respuestas impulsionales de los Nt canales que separan respectivamente una antena de emisión TXi de la antena de recepción RXj considerada. El procedimiento comprende además una etapa 13 de cálculo de la media de las estimaciones de una respuesta impulsional.

20 Para obtener los Nr x Nt canales, es necesario repetir las etapas 12 y 13 para las diferentes antenas de recepción RXj.

La etapa 11 de cálculo calcula una matriz A construida en forma de bloques a partir de las secuencias de aprendizaje y de la matriz de Fourier de dimensiones NFFT x NFFT. El número de bloques es igual al producto del 25 número de símbolos ortogonales de la secuencia de aprendizaje de base por la suma de las Ki. Cada bloque está asociado a una antena de emisión y un símbolo ortogonal sobre el que está extendida la secuencia de aprendizaje. Un bloque se determina mediante el producto de la matriz diagonal formada por los símbolos piloto ligados al bloque y de la matriz de Fourier. Para limitar ventajosamente los cálculos, la matriz de Fourier está limitada a las portadoras piloto y a Lt muestras temporales porque Lt es superior o igual a la extensión máxima de la respuesta temporal del

30 canal.

Cada símbolo OFDM emitido en el instante n por la antena de emisión TXi, Xi(n), puede estar descompuesto en un vector que contiene los símbolos de datos y un vector que contiene los símbolos piloto:

Xi(n) = Si(n) + Bi(n) (16) 35 con Si(n) el vector de los símbolos de datos útiles de dimensión NFFT y Bi(n) el vector de los símbolos piloto de la misma dimensión.

La ecuación (11) puede expresarse por lo tanto en la forma: 40

Nt

Rj(n) = t diag{ Si(n) + Bi(n)} F’ hj,i’(n) + Ξj(n) (17)

i =1

sabiendo que Lt ≥ L, se puede imponer Lt = L. con esta condición, la acumulación de los vectores recibidos, correspondientes a los g símbolos ortogonales emitidos por la antena de emisión que contiene unos símbolos pilotos que componen una secuencia de aprendizaje, se puede expresar en la forma:

Rj = [Rj(0)T ... Rj(g-1)T]T

(18) = Thj’ + Ahj’ + Ξj(n)

siendo Rj un vector columna de dimensión NFFT x g,

T una matriz de dimensiones (NFFT x g) x (Kn x Lt) que contiene los símbolos de datos útiles durante las secuencias de aprendizaje de las Nt antenas de emisión,

S (0)F' Λ S (0)F'

1diag Kn diag

T = ΜΜ (19)

S1diag (g −1)F' Λ SKn diag (g −1)F'

A una matriz de dimensiones (NFFT x g) x (Kn x Lt) que contiene los símbolos piloto de las secuencias de aprendizaje de las Nt antenas de emisión,

B (0)F' Λ B (0)F'

1diag Kn diag

A = ΜΜ (20)

B (g − 1)F' Λ B (g − 1)F'

1diag Kn diag

hj el vector columna de dimensión Kn x Lt que contiene las Kn expresiones de las estimaciones de las Nt respuestas impulsionales,

T]T

hj’ = [hj,1 T, ..., hj,Kn (21)

Ξj(n) el vector columna de dimensión NFFT x g que contiene g representaciones de la transformada de Fourier de un ruido aditivo blanco gaussiano.

La matriz A determinada en el curso de la etapa 11 se expresa por lo tanto en la forma:

B (0)F' Λ B (0)F' B (0)F' Λ B (0)F'

1diag Nt diag Nt+1diag Ni tK ∗Nt diag

i i =1

A = ΜΜΜ Μ (22)

B1diag (g − 1)F' Λ BNt diag (g − 1)F' BNt+1diag (g − 1)F' Λ B (g − 1)F'

Ni

K ∗Nt diag

i i =1

t

La etapa 12 de cálculo de las Kn estimaciones de las Nt respuestas impulsionales en el dominio temporal multiplica el vector Rj, cuya expresión en el dominio de la frecuencia en la salida de la demodulación corresponde a las Np portadoras piloto, con la pseudo inversa de la matriz A según la técnica de Barhumi:

ˆ +

h j = AR j (23)

en donde el símbolo + significa pseudo inversa. Se denomina pseudo inversa a la operación siguiente:

A+ = (AH A)-1 AH (24)

Para eliminar los términos de interferencias debidas a los datos presentes en el símbolo OFDM, se necesita tener el producto de A+ y de T igual a una matriz nula, lo que se hace posible imponiendo unos conjuntos disjuntos a los símbolos pilotos y a los datos. Además, el cálculo de las respuestas impulsionales se puede simplificar considerando en las ecuaciones nada más que las secuencias dedicadas a la estimación del canal, es decir limitando los cálculos a las portadoras piloto:

~~

hˆ j = A+ R j (25)

~

siendo Rj la matriz correspondiente a Rj considerando nada más que las portadoras piloto y teniendo la matriz A por expresión:

~~ ~~

B (0)F' Λ B (0)F'

1diag Kn diag

~ A = ΜΜ (26)

~~~ ~

B (g −1)F' Λ B (g −1)F'

1diag Kn diag

o incluso:

~
~
~
~
~
~
~

'(0)1 FB diag: Λ '(0)FBNt diag + '(0)1 FB diag Nt Λ t ∗ '(0)FB Ni i Nt diag K

~: =1i

A =: Μ Μ Μ Μ (27)

~
~
~
~
~
~
~
~

− '1)(g1 FB diag: Λ − '1)(g FBNt diag −+ '1)(g1 FB diag Nt Λ B Ni − '1)(g F

K Nt diag

t

∗

i

i =1

La expresión vectorial de la primera estimación de la respuesta impulsional hˆj,i del canal que separa la antena de

emisión i determinada, para i tomando un valor entre 1 y Nt, de la antena de recepción j determinada, para j tomando ˆ

un valor entre 1 y Nr, se obtiene efectuando una selección de las Np muestras sucesivas del vector de columna hi, calculado para la antena de recepción j, partiendo de la muestra (i-1)Lt. Para la segunda estimación de la respuesta

ˆ

impulsional del canal hj,i , la selección se realiza partiendo de la muestra Nt × Lt+ (i-1) Lt = (Nt + i – 1) Lt. Para la

ˆ

enésima estimación de la respuesta impulsional del canal hj,i , la selección se realiza partiendo de la muestra (n × Nt

+ 1)Lt.

La etapa 13 consiste en calcular la media temporal de las Ki estimaciones de una respuesta impulsional. Según una variante, esta media se efectúa en el dominio de la frecuencia. Esta etapa se repite preferiblemente para todos los canales para los que Ki es estrictamente superior a uno.

Según un modo particular de realización del procedimiento, el cálculo de las Nt x Nr respuestas impulsionales descritas anteriormente para las Np portadoras piloto, se completa mediante una interpolación que puede ser lineal en el tiempo o en la frecuencia (interpolación del tipo de una dimensión, 1D) para obtener los coeficientes de cada canal para el conjunto de las portadoras moduladas con los datos útiles. La interpolación puede eventualmente ser de un orden superior a uno. La interpolación se puede efectuar en el dominio de la frecuencia multiplicando los Nt vectores de Lt puntos con una matriz de tamaño NFFT x Lt extraída de una matriz de Fourier de tamaño NFFT x NFFT.

La figura 7 es un esquema de un sistema de transmisión particular que permite la realización de un procedimiento según la invención.

El sistema SY de transmisión comprende un dispositivo de emisión EM de múltiples portadoras y un dispositivo de recepción RE. El dispositivo de emisión EM está unido a Nt antenas de emisión TX1, ..., TXNt, siendo Nt ≥ 2. El dispositivo de recepción RE está unido a Nr antenas de recepción RX1, ..., RXNr, siendo Nr ≥ 1.

Según el ejemplo ilustrado, el dispositivo de emisión EM comprende el módulo de codificación del canal CdC, un entrelazador de bits EB, un módulo de codificación binaria de símbolos CBS, un módulo de codificación espaciotiempo CET, otros tantos múltiples OFDM MX como antenas de emisión.

El módulo de codificación del canal CdC codifica unos datos de origen de entrada, correspondientes a una o varias señales típicamente de telecomunicación, para suministrar a la salida unos datos codificados con, por ejemplo, un código convolucional.

El entrelazador de bits entrelaza, según una ley de entrelazado determinada, los bits de los datos codificados para suministrar unos datos codificados entrelazados dce.

El módulo de codificación binaria de símbolos CBS transforma los datos codificados entrelazados dce en símbolos de datos complejos sc, por ejemplo mediante una modulación BPSK, QPSK o 16QAM.

El módulo de codificación espacio - tiempo CET determina a partir de los símbolos de datos complejos sc una matriz de dos dimensiones de símbolos de datos sd, según una codificación por ejemplo del tipo Alamouti, y genera unos símbolos piloto.

Cada múltiplex OFDM efectúa una modulación de los símbolos de datos sd y de los símbolos piloto sp, insertados en la entrada del múltiplex, por unas subportadoras sinusoidales cuyas funciones ortogonales son las componentes de Fourier conjugadas y la transformación de Fourier inversa de tamaño NFFT que corresponde al número de portadoras de un múltiplex OFDM. Las NFFT portadoras comprenden Nmod portadoras de datos modulados y Np portadoras piloto. El conjunto formado por las NFFT portadoras se denomina símbolo OFDM. El símbolo OFDM puede comprender unas portadoras nulas y unas portadoras de seguridad no moduladas. La salida de múltiplex OFDM constituye la señal OFDM en el tiempo sin intervalo de seguridad.

Antes de la emisión, el dispositivo de emisión inserta un intervalo de seguridad a la señal OFDM.

Las señales emitidas comprenden unas secuencias de aprendizaje. Para cada antena de emisión considerada, una secuencia de aprendizaje comprende al menos una réplica desfasada o no de una secuencia de aprendizaje de base. Esta secuencia de aprendizaje de base se determina mediante la colocación de los Np símbolos piloto contenidos en uno o varios símbolos OFDM, siendo g el número de estos símbolos OFDM. La secuencia de aprendizaje de base se determina por lo tanto por el número g, la amplitud de los símbolos piloto y las portadoras piloto. Entre dos secuencias de aprendizaje asociadas a dos antenas de emisión, las réplicas están desplazadas entre sí en el tiempo con un intervalo mínimo Lt igual al menos a la longitud máxima L de los canales de transmisión, Lt ≥ L, para que las respuestas impulsionales de los diferentes canales no se interfieran entre sí. Se denomina longitud de un canal a la duración de la transmisión del canal o incluso al retardo introducido por el canal durante la transmisión.

En todo el documento, el intervalo Lt debe estar comprendido entre un número de intervalos temporales que separan unas muestras. El desplazamiento temporal se efectúa típicamente antes de la modulación, por ejemplo OFDM, mediante desfasado en el dominio de la frecuencia de las réplicas.

La secuencia de aprendizaje de base se expresa en forma de un conjunto de símbolos piloto c ~(p) , p = 0,..., Np-1

siendo c ~(p) el símbolo piloto emitido en la frecuencia portadora de índice p. Esta secuencia de aprendizaje de base se extiende sobre g símbolos ortogonales de una trama tiempo frecuencia. Por otro lado, la condición para determinar el conjunto de las respuestas impulsionales, es:

Kn × Lt ≤ Np

(Nt J

siendo Kn = tKi .

i =1

Para el ejemplo, g se elige igual a uno, Nt igual a dos, NFFT igual a ocho, Np igual a ocho, K1 y k2 iguales a dos y Lt igual a dos. Estos parámetros verifican la relación anterior porque (2+2)×2≤8.

La secuencia de aprendizaje emitida por la antena de emisión TX1 está constituida por dos réplicas de la secuencia de aprendizaje de base, una de las réplicas desfasada. Su expresión es la siguiente:

p×(1−1)×2 p×(1+Nt −1)×2

− j 2π− j 2π

~() ~() 8 ~() 8 ~() ~() − jπp

cp = cpe + cpe = cp + cpe

La secuencia de aprendizaje emitida por la antena de emisión TX2 está constituida igualmente por dos réplicas de la secuencia de aprendizaje de base, una de las réplicas desfasada. Su expresión es la siguiente:

p×(2−1)×2 p×(2+Nt −1)×2 π 3π

− j 2π− j 2π− jp − jp

~()~() 8 ~() 8 ~() 2~() 2

cp = cpe + cpe = cpe + cpe

Según el ejemplo ilustrado por la figura 7, el dispositivo de recepción RE comprende tantos demultiplexores OFDM DX1, ..., DXNr como antenas de recepción RX1, ..., RXNr. Comprende además un módulo de estimación de los canales EsT, un módulo de ecualización EgL, un módulo de decodificación binaria de símbolos DbS, un desentrelazador de bits Dbt, y un módulo de decodificación del canal DEC.

Cada señal recibida por una antena de recepción se trata mediante un demultiplexor OFDM. Un demultiplexor OFDM efectúa la función inversa de un multiplexor OFDM. De ese modo, demultiplexor OFDM efectúa una transformada de Fourier directa de tamaño NFFT de la señal recibida, después de la supresión del intervalo de seguridad. Un demultiplexor OFDM demodula una señal temporal recibida por la antena de recepción RXj considerada por medio de una FFT de tamaño NFFT, para obtener una señal de frecuencia Rj(n) que acumula los Np

símbolos piloto de la secuencia de aprendizaje de las diferentes antenas de emisión.

Las salidas de los demultiplexores OFDM suministran unas señales OFDM Rj(n) en el dominio de la frecuencia que son explotadas por el módulo de estimación y por el módulo de ecualización.

El módulo de estimación de los canales comprende unos medios para calcular la matriz A según la relación (22) o (27). Estos medios son típicamente unas instrucciones de un programa que en una implementación preferida van a estar incorporados en un circuito electrónico, un órgano de cálculo tal como un procesador o equivalente cuyo funcionamiento estará controlado entonces por la ejecución del programa.

El módulo de estimación de los canales comprende unos medios para calcular las Ki estimaciones de cada una de las Nt respuestas impulsionales h, según la relación (25). Estos medios son típicamente unas instrucciones de un programa que en una implementación preferida van a estar incorporados en un circuito electrónico, un órgano de cálculo tal como un procesador o equivalente cuyo funcionamiento estará entonces controlado por la ejecución del programa.

Conociendo los parámetros del sistema multiantena: el tamaño de la FFT, NFFT, el número de portadoras moduladas, Nmod, el desplazamiento entre secuencias de referencia, Lt, el número de símbolos OFDM pilotados que forman una secuencia de referencia, g, la amplitud de los símbolos piloto, c(p) , un procedimiento y un módulo de estimación

según la invención permiten ventajosamente calcular previamente la matriz correspondiente a la expresión:

~ + ~ H ~ − H

A = (AA)1 A (28)

estando dada la matriz A por la relación (26) o (27).

Según un modo preferido, el procedimiento, respectivamente el módulo de estimación, multiplica este producto previamente calculado de matrices con la señal OFDM demodulada para obtener las Ki estimaciones de cada canal

acumuladas en la expresión hˆj según la relación (25).

La expresión vectorial de la primera estimación de la respuesta impulsional del canal hˆj,i que separa la antena de

emisión i determinada, para i tomando un valor entre 1 y Nt, de la antena de recepción j determinada, para j tomando

un valor entre 1 y Nr, se obtiene efectuando una selección de las Np muestras sucesivas del vector de columna hˆj,

calculado para la antena de recepción j, partiendo de la muestra (i-1)Lt. Para la segunda estimación de la respuesta ˆ

enésima estimación de la respuesta impulsional del canal hˆj,i , la selección se realiza partiendo de la muestra (n × Nt

+ 1)Lt.

ˆ

Para obtener las diferentes estimaciones de los Nr x Nt canales, es necesario repetir el cálculo de hj,i para j

variando de 1 a Nr.

El módulo de estimación de los canales comprende unos medios para calcular una media de las Ki estimaciones de una respuesta impulsional y obtener de ese modo Nt respuestas impulsionales.

~

Los dos ejemplos siguientes permiten ilustrar el cálculo de la expresión de A . Primer ejemplo. El sistema de transmisión comprende Nt=2 antenas de emisión y Nr=1 antena de recepción. Los parámetros del sistema toman los valores siguientes: NFFT = 8, Nmod = 8, Lt = 2, K1 = K2 = 2.

Nt

La relación tKi × Lt ≤ Np se satisface porque (2 + 2) × 2 = 8 ≤ 8.

i =1

Se supone necesario un único símbolo OFDM en la estimación del canal, g=1, y el motivo de este símbolo OFDM, que constituye la secuencia de aprendizaje de base se representa en la Tabla 1. La primera columna representa los índices de frecuencia y la segunda columna el tipo de datos asociado (P símbolos piloto). La ecuación (6) da la expresión del símbolo piloto que modula la portadora p en lo que concierne a la secuencia de aprendizaje emitida por la antena de emisión TXi, con i = 1 ó 2:

p×(1−1)×2 p×(1+Nt −1)×2

− j 2π− j 2π

~() ~() 8 ~() 8 ~() ~() − jπp

cp = cpe + cpe = cp + cpe

p×(2−1)×2 p×(2+Nt −1)×2 π 3π

− j 2π− j 2π− jp − jp

8 822

c ~(p)2 = c ~(p) e + c ~(p) e = c ~(p) e + c ~(p) e

c(p)1 es por lo tanto el símbolo piloto que modula la frecuencia portadora p en lo que concierne a la secuencia de aprendizaje emitida por la antena de emisión TX1 y c(p)2 es el símbolo piloto que modula la frecuencia portadora p en lo que concierne a la secuencia de aprendizaje emitida por la antena de emisión TX2.

Para el ejemplo, c(p)1 = 1 para el conjunto de las portadoras piloto. Los vectores de los símbolos piloto B1 y B3, respectivamente B2 y B4, que corresponden a las dos estimaciones de la respuesta impulsional del canal que une la antena TX1 a la antena RXj, respectivamente la antena TX2 a la antena RXj, se expresan entonces en la forma:

1 π 13π

− j − j

ee

12 − 12 − 1 −1

3ππ

− j − j

1 e 2 − 1 e 2

B1 = ; B2 = B3 = B4 =

111 1

π 3π

− j − j

12 − 12

ee

− 1 −1

3ππ 1 − j 2 − 1 − j 2

ee

La matriz de Fourier F es la siguiente:

11 1 111 1 1

1 0,707 − 0,707 j − j − 0,707 − 0,707 j − 1 − 0,707 + 0,707 jj 0,707 + 0,707 j

1 − j − 1 j 1 − j − 1 j

11 − 0,707 − 0,707 jj 0,707 − 0,707 j − 1 0,707 + 0,707 j − j − 0,707 + 0,707 jF = 81 − 11 − 11 − 11 − 1

1 − 0,707 + 0,707 j − j 0,707 + 0,707 j − 1 0,707 − 0,707 jj − 0,707 − 0,707 j

1 j − 1 − j 1 j − 1 − j

1 0,707 + 0,707 jj − 0,707 + 0,707 j − 1 − 0,707 − 0,707 j − j 0,707 − 0,707 j

en la que el símbolo j representa la unidad imaginaria, es decir la solución a la ecuación j2 = -1. La matriz F’ se expresa en la forma siguiente:

1 0,707 − 0,707 j

1 − j

11 − 0,707 − 0,707 jF’ = 81 − 1

1 − 0,707 + 0,707 j

1 j

1 0,707 + 0,707 j

~

La matriz A se expresa entonces en la forma siguiente:

~1~~~ ~~ ~~ ~

A = [B1diag F' B2 F' B3diag F' B4diag F']

diag

es decir:

11 1 1

3ππ

− jj

1 e 4 − 1 e 4

1 j 1 j

π 3π

− jj

~11 e 4 − 1 e 4

A = 81 − 11 − 1

π 3π

j − j

1 e 4 − 1 e 4

1 − j 1 − j

3ππ

j − j

1 e 4 − 1 e 4

Segundo ejemplo. El sistema de transmisión comprende Nt=3 antenas de emisión y Nr=1 antenas de recepción. Los parámetros del sistema toman los valores siguientes: NFFT = 8, Nmod = 8, Lt = 2, K1 = 2 y K2 = K3 = 1.

Nt

La relación tKi × Lt ≤ Np se satisface porque (2 + 1 + 1) × 2 = 8 ≤ 8.

i =1

Se supone necesario un único símbolo OFDM en la estimación del canal, g=1, y el motivo de este símbolo OFDM, que constituye la secuencia de aprendizaje de base se representa en la Tabla 1. La ecuación (6) da la expresión del símbolo piloto que modula la portadora p en lo que concierne a la secuencia de aprendizaje emitida por la antena de emisión TXi, con i = 1, 2 ó 3:

p×(1−1)×2 p×(1+Nt−1)×23

− j 2π− j 2π− j πp

88 2

c ~(p)1 = c ~(p) e + c ~(p) e = c ~(p) + c ~(p) e

p×(2−1)×2 π

− j 2π− jp

c ~(p)2 = c ~(p) e = c ~(p) e

p×(3−1)×2

− j 2π

~() ~() 8 ~() − jπp

cp = cpe = cpe

c(p)1 es por lo tanto el símbolo piloto que modula la frecuencia portadora p en lo que concierne a la secuencia de aprendizaje emitida por la antena de emisión TX1 , c(p)2 es el símbolo piloto que modula la frecuencia portadora p en lo que concierne a la secuencia de aprendizaje emitida por la antena de emisión TX2 y c(p)3 es el símbolo piloto que modula la frecuencia portadora p en lo que concierne a la secuencia de aprendizaje emitida por la antena de emisión TX3.

Para el ejemplo, c(p)1 = 1 para el conjunto de las portadoras piloto. Los vectores de los símbolos piloto B1 y B4, respectivamente B2 y B3, que corresponden a las dos estimaciones de la respuesta impulsional del canal que une la antena TX1 a la antena RXj, respectivamente a la estimación de la respuesta impulsional del canal que une la antena TX2 a la antena RXj, y a la estimación de la respuesta impulsional del canal que une la antena TX3 a la antena RXj,

se expresan entonces en la forma:

1 π 13π

− j − j

ee

12 − 12 − 1 −1

3ππ

− j − j

1 e 2 − 1 e 2

B1 = ; B2 = B3 = B4 =

111 1

π 3π

− j − j

12 − 12

ee

− 1 −1

3ππ

− j − j

12 − 12

ee

La matriz de Fourier F es la siguiente:

11 1 111 1 1

− j − 1 j 1 − j − 1 j 11 − 0,707 − 0,707 jj 0,707 − 0,707 j − 1 0,707 + 0,707 j − j − 0,707 + 0,707 j

F = 81 − 11 − 11 − 11 − 1

j − 1 − j 1 j − 1 − j 1 0,707 + 0,707 jj − 0,707 + 0,707 j − 1 − 0,707 − 0,707 j − j 0,707 − 0,707 j

1 0,707 − 0,707 j

1 − j

11 − 0,707 − 0,707 jF’ = 81 − 1

1 − 0,707 + 0,707 j

1 j

1 0,707 + 0,707 j

~

La matriz A se expresa entonces en la forma siguiente:

~1~~~ ~~ ~~ ~

A = [BF' BF' BF' BF']

1diag 2diag 3diag 4diag

es decir:

11 1 1

3ππ

− jj

1 e 4 − 1 e 4

1 j 1 j

π 3π

− jj

~11 e 4 − 1 e 4

A = 81 − 11 − 1

π 3π

j − j

1 e 4 − 1 e 4

1 − j 1 − j

3ππ

j − j

1 e 4 − 1 e 4

La figura 8 da unos resultados de simulación que permiten comparar los rendimientos respectivos de la técnica conocida de Barhumi y de un procedimiento según la invención. Las simulaciones se refieren a un sistema MIMO OFDM que considera un canal BRAN E selectivo en tiempo y en frecuencia y adaptado a un contexto MIMO del tipo entorno exterior y cuyas características se recogen en la Tabla 2 en el anexo A. La trama tenida en cuenta se describe en el artículo de Barhumi; el conjunto de las portadoras moduladas se divide en dos subconjuntos disjuntos: un conjunto de portadoras piloto y un conjunto de datos útiles. La secuencia de aprendizaje de base es un impulso temporal. La misma potencia de los símbolos pilotos emitidos se impone para los dos métodos comparados. La figura da la traza de la tasa de error binaria (TEB o BER, según la terminología anglosajona) en función de la relación Eb/No en el caso de una modulación QPSK con un desplazamiento Lt igual a 128. La estimación de los canales efectuada a las frecuencias piloto se completa mediante una interpolación lineal en el tiempo para estimar el conjunto de los coeficientes para las diferentes frecuencias moduladas. La curva 1, c1, corresponde a una estimación perfecta, la curva 2, c2, corresponde una estimación según Barhumi con una iteración y la curva 3, c3, a una estimación según Barhumi con 5 iteraciones, la curva 4, c4, corresponde a una estimación según la invención con K=2 y una iteración y la curva 5, c5, a una estimación según la invención con K=2 y 5 iteraciones. Las iteraciones corresponden a las diferentes iteraciones del anulador de interferencias durante la fase de ecualización. La comparación de las curvas permite constatar que el procedimiento según la invención presenta ventajosamente una tasa de error binaria inferior a la del método de Barhumi para una misma relación señal a ruido.

Anexo A

Tabla 1

0: P

1: P

2: P

3: P

4: P

5: P

6: P

7: P

Tabla 2 10

Nt: 2

Nr: 2

Frecuencia portadora: 5200 MHz

Frecuencia de muestreo: 50 MHz

Separación entre portadoras: 48,828125 kHz

Radio del prefijo cíclico: 0,211

Tiempo del símbolo OFDM: 24,8 μs

Longitud del código convolutivo: 7

Rendimiento del código: 1/2

Algoritmo de decodificación del canal: SOVA

Tamaño de la FFT: 1024

Portadoras moduladas: 1024

Codificación espacio-temporal: Multiplexado espacial

Claims

REIVINDICACIONES

1. Procedimiento (1) de emisión adaptado para un sistema de Nt antenas de emisión y Nr antenas de recepción, donde Nt y Nr son superiores o iguales a 1, estando separada una antena de emisión de una antena de recepción por un subcanal de transmisión, implementado mediante Nt dispositivos de emisión de múltiples portadoras que comprende cada uno un módulo de multiplexado y de modulación mediante NFFT funciones ortogonales (MX1, ..., MXNt) que forman unos símbolos ortogonales destinados a ser transmitidos por las Nt antenas de emisión TX1, ..., TXNt, comprendiendo las etapas que consisten:

-

en determinar (2) una secuencia de aprendizaje de base ( c ~(p) ) determinada por la colocación de Np símbolos piloto en una trama tiempo frecuencia,

(Nt J

-

en determinar (3) Kn = tKi réplicas de la secuencia de aprendizaje de base ( c ~(p) ) tales que al menos una

i =1

réplica esté desplazada temporalmente de la secuencia de base con Ki ≥ 1 y al menos un Ki ≥ 2, con los requisitos de que la separación temporal extrema entre réplicas sea inferior al número Np de portadoras piloto y que el desplazamiento temporal mínimo entre réplicas de dos secuencias de aprendizaje sea superior o igual a la extensión máxima de los retardos de los subcanales,

-

en determinar (4) por la antena de emisión TXi una secuencia de aprendizaje como la suma de las Ki réplicas.
2.

Procedimiento (1) de emisión de símbolos según la reivindicación 1 en el que se añade un intervalo de seguridad antes de cualquier emisión del símbolo ortogonal en el que se respeta el requisito sobre el valor mínimo del desplazamiento temporal eligiendo un desplazamiento temporal mínimo igual al valor del intervalo de seguridad.
3.

Procedimiento (1) de emisión de símbolos según la reivindicación 1 en el que cada secuencia de aprendizaje está constituida por K réplicas de la secuencia de aprendizaje de base ( c ~(p) ).
4.

Procedimiento (1) de emisión de símbolos según la reivindicación 1 en el que las réplicas se determinan en el dominio de la frecuencia en el que el desplazamiento temporal se determina mediante un valor de desfase.
5.

Procedimiento (10) de estimación de los canales de transmisión en un sistema (SY) multiantena que se realiza en Nt antenas de emisión (TX1, ..., TXNt), donde Nt es superior o igual a 1, al menos una antena de recepción (RX1, ..., RXNr), y una trama tiempo frecuencia por antena de emisión, que comprende Np símbolos piloto (sp) que forman una secuencia de aprendizaje y unos símbolos de datos (sd) de una señal útil, cada una de las Nt secuencias de aprendizaje es la suma de Ki réplicas desplazadas temporalmente o no de una secuencia de aprendizaje de base ( c ~(p) ) tales que los valores Ki sean superiores o iguales a uno y al menos un valor Ki sea superior o igual a dos, es

conocida por el receptor (RE) y permite a este último estimar una respuesta impulsional que corresponde al canal de transmisión que separa una antena de emisión (TX1, ..., TXNt) de una antena de recepción RXj consideradas RXj, siendo modulados los símbolos de datos y los símbolos piloto en frecuencia por un módulo de multiplexado y de modulación mediante NFFT funciones ortogonales (MX1, ..., MXNt) para formar unos símbolos ortogonales que son emitidos por las antenas de emisión en la forma de una señal multiportadora de NFFT portadoras, que comprende:

-

una etapa (11) de cálculo de una matriz A construida en forma de bloques a partir de la secuencia de aprendizaje y de la matriz de Fourier de dimensiones NFFT x NFFT, cuyo número de bloques es igual al producto del número de símbolos ortogonales de la secuencia de aprendizaje de base por la suma de las Ki, estando determinado un bloque mediante el producto de la matriz diagonal formada por los símbolos piloto contenidos en un símbolo ortogonal de la secuencia de aprendizaje asociada al bloque y por otro lado de la matriz de Fourier y comprendiendo,

para una antena de recepción considerada (RXj),

-

una etapa (12) de cálculo de Ki estimaciones de al menos una de entre las Nt respuestas impulsionales en el dominio temporal multiplicando Np símbolos piloto, extraídas de una señal de frecuencia (Rj(n)) obtenida después de la demodulación de una señal temporal recibida por la antena de recepción considerada (RXj) por medio de una transformada de Fourier de tamaño NFFT, con la pseudo inversa de la matriz A,

-

una etapa (13) de cálculo de una media sobre las Ki estimaciones de la respuesta impulsional considerada.
6.

Procedimiento (10) de estimación de los canales de transmisión según la reivindicación 5 en el que el cálculo de las Nt respuestas impulsionales se extiende a las portadoras moduladas por unos datos, por medio de una interpolación.
7.

Módulo de emisión que comprende el módulo de multiplexado y de modulación mediante NFFT funciones ortogonales (MX1, ..., MXNt), adaptado a un sistema (SY) multiantena que se realiza en Nt antenas de emisión TX1,

..., TXNt, Nr antenas de recepción, donde Nt y Nr son superiores o iguales a 1, y una trama tiempo frecuencia por antena de emisión, que comprende Np símbolos piloto (sp) y unos símbolos de datos (sd) de una señal útil, siendo modulados los símbolos de datos y los símbolos piloto en frecuencia por el módulo de multiplexado y de modulación (MX1, ..., MXNt) para formar unos símbolos ortogonales que son emitidos por una antena de emisión en la forma de una señal multiportadora de NFFT portadoras con Np portadoras piloto, que comprende:

-

un módulo de determinación de una secuencia de aprendizaje de base ( c ~(p) ) determinada por la colocación de Np símbolos piloto en la trama tiempo frecuencia asociada a una antena de emisión determinada (TX1),

(Nt J

-

un módulo de determinación de Kn, Kn = tKi , réplicas de la secuencia de aprendizaje de base ( c ~(p) ) tales

i =1

que al menos una réplica esté desplazada temporalmente de la secuencia de base con Ki ≥ 1 y al menos Ki ≥ 2, con los requisitos de que la separación temporal extrema entre réplicas sea inferior al número Np de portadoras piloto y que el desplazamiento temporal mínimo entre réplicas de dos secuencias de aprendizaje sea superior o igual a la extensión máxima de los retardos de los subcanales que enlazan una antena de emisión y una antena de recepción y,

-

un módulo de determinación de una secuencia de aprendizaje por antena de emisión TXi como la suma de las Ki réplicas.
8.

Emisor (RE) para un sistema (SY) multiantena caracterizado por que comprende al menos un módulo de emisión (ME) de acuerdo con la reivindicación precedente.
9.

Módulo de estimación (EsT) de los canales de transmisión en un sistema (SY) multiantena que implementa Nt antenas de emisión (TX1, ..., TXNt), donde Nt es superior o igual a 1, al menos una antena de recepción (RX1, ..., RXNr) y una trama tiempo frecuencia por antena de emisión que comprende unos símbolos piloto (sp) que forman una secuencia de aprendizaje y unos símbolos de datos (sd) de una señal útil, las Nt secuencias de aprendizaje son conocidas para el receptor (RE) y permiten a este último estimar Nt respuestas impulsionales correspondientes a los Nt canales de transmisión que separan respectivamente una de las antenas de emisión (TX1, ..., TXNt) de la antena de recepción considerada RXj, estando modulados los símbolos de datos y los símbolos piloto en frecuencia por un módulo de multiplexado y de modulación mediante NFFT funciones ortogonales (MX1, ..., MXNt) para formar unos símbolos ortogonales que son emitidos por las antenas de emisión en la forma de una señal multiportadora de NFFT portadoras con Np portadoras piloto, caracterizado por que comprende:

-

unos medios para calcular una matriz A construida en forma de bloques a partir de las secuencias de aprendizaje y de la matriz de Fourier de dimensiones NFFT x NFFT, cuyo número de bloques es igual al producto del número de símbolos ortogonales de la secuencia de aprendizaje de base por la suma de las Ki, estando determinado un bloque por el producto de una parte de una matriz diagonal formada por los símbolos piloto contenidos en un símbolo ortogonal de la secuencia de aprendizaje asociada al bloque y por otro lado por la matriz de Fourier y por que comprende:

para una antena de recepción considerada,

-

unos medios para calcular Ki estimaciones de al menos una de entre las Nt respuestas impulsionales en el dominio temporal multiplicando Np símbolos piloto extraídos de una señal de frecuencia (Rj(n)) obtenida después de la demodulación de una señal temporal recibida por la antena de recepción RXj considerada por medio de una FFT de tamaño NFFT, con la pseudo inversa de la matriz A y

-

un medio de cálculo de la media sobre las Ki estimaciones de la respuesta impulsional considerada.
10.

Receptor (RE) para un sistema (SY) multiantena caracterizado por que comprende al menos un módulo de estimación (EsT) de los canales de transmisión según la reivindicación precedente.
11.

Sistema (SY) multiantena caracterizado por que comprende al menos un receptor (RE) según la reivindicación precedente.
12.

Programa de ordenador en un soporte de informaciones, comprendiendo dicho programa unas instrucciones de programa adaptadas para la realización de un procedimiento (1) de emisión según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, cuando dicho programa se carga y ejecuta en un emisor (EM).
13.

Soporte de informaciones que comprende unas instrucciones de programa adaptadas para la realización del procedimiento (1) de emisión, según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, cuando dicho programa se carga y ejecuta en un emisor (EM).
14.

Programa de ordenador sobre un soporte de informaciones, comprendiendo dicho programa unas instrucciones

de programa adaptadas para la realización de un procedimiento (10) de estimación de canales según una cualquiera de las reivindicaciones 5 y 6, cuando dicho programa se carga y ejecuta en un receptor (RE).
15.

Soporte de informaciones que comprende unas instrucciones de programa adaptadas para la realización de un procedimiento (10) de estimación de canales según una cualquiera de las reivindicaciones 5 y 6, cuando dicho programa se carga y ejecuta en un receptor (RE).