ES2236013T3

ES2236013T3 - Ensanchador eficiente para sistema de comunicaciones de espectro ensanchado.

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Publication number: ES2236013T3
Application number: ES00984356T
Authority: ES
Inventors: Raj Mani Misra; Gregory S. Teal
Original assignee: InterDigital Technology Corp
Current assignee: InterDigital Technology Corp
Priority date: 2000-03-23
Filing date: 2000-12-14
Publication date: 2005-07-16
Anticipated expiration: 2020-12-14
Also published as: IL151895A0; US20020009127A1; US20050195885A1; KR100793675B1; TW200419954A; TWI275256B; EP1269645A1; CA2401896A1; US7103088B2; DE60019469D1; KR20050046022A; EP1269645B9; CN1812280A; TWI239157B; TW200746659A; NO20024530L; DE60019469T2; NO20024530D0; AU2098801A; ATE355656T1

Abstract

Un sistema de comunicación que tiene un ensanchador (17) para ensanchar una señal de datos (d) que comprende al menos una pluralidad de códigos de ensanche ((c~1.... c~M1, cM1+1 ... cM) y ((v~1.... v~P1, vP1+1 ... vP)) donde al menos uno de dicha pluralidad de códigos de ensanche es complejo, caracterizado el ensanchador por: una entrada de datos para recibir dicho símbolo de datos; una entrada de control, para recibir un factor de ensanche asignado SF para la señal de datos; un procesador (19) del grupo N para definir un grupo de N símbolos (di) para ensanchar basado en dicho factor de ensanche SF asignado; un generador (21) de código intermedio para calcular un código de ensanche basado en dicho factor de ensanche asignado y al menos un código de una pluralidad de códigos reales ((c1.... c~M1, cM1+1 ... cM) y ((v1.... vP1, vP1+1 ... vP)) derivados de dicha pluralidad de códigos de ensanche asignados, dando como salida dicho generador de código intermedio un código intermedio; y un rotador(25) para efectuar una rotación de fase de cada símbolo (di) de dicho grupo para generar una cantidad compleja (d~i, real[n], d~i, imag[n]) siendo dicha cantidad compleja ensanchada con dicho código intermedio y sacada como una señal de datos (¸)ensanchada.

Description

Ensanchador eficiente para sistema de comunicaciones de espectro ensanchado.

Antecedentes de la invención Campo de la invención

La presente invención se refiere generalmente a los sistemas de comunicación digital. Más específicamente, la invención se refiere a un sistema y un método para ensanchar una señal de datos para comunicaciones de espectro ensanchado.

Descripción de la técnica relacionada

Un sistema de comunicación transmite típicamente información o datos usando una portadora de frecuencia continua con técnicas de modulación que varían su amplitud, frecuencia o fase. La información a transmitir se hace corresponder con una constelación predeterminada que define símbolos y es transmitida sobre un medio de comunicación. El medio de comunicación puede ser guiado o no guiado (comprendiendo cobre, fibra óptica o aire) y es denominado comúnmente el canal de comunicación.

Los sistemas de comunicaciones desplegados son raramente de acceso único. En la Figura 1 se muestra un sistema de comunicación de acceso múltiple de la técnica anterior. Protocolos tales como el acceso múltiple por división de tiempo (TDMA), el acceso múltiple por sentido portador (CSMA), el acceso múltiple por división de código (CDMA) y protocolos relacionados con la frecuencia tales como el acceso múltiple por división de frecuencia (FDMA) y el multiplexado por división de frecuencia ortogonal (OFDM) permiten a una pluralidad de usuarios tener acceso a los mismos medios de comunicación para transmitir o recibir información. Estas técnicas se pueden mezclar entre sí creando variedades híbridas de esquemas de comunicación de acceso múltiple tales como el dúplex de división de tiempo (TDD). El protocolo de acceso especificado por un sistema de comunicación es ejecutado típicamente después de que los datos experimentan una modulación.

Las técnicas anteriores de modulación que se usan son la modulación de frecuencia (FM), el desplazamiento de frecuencia (FSK), el desplazamiento de fase (PSK), el desplazamiento de fase binaria (BPSK) y el desplazamiento de fase diferencial (DPSK). Los métodos de alta velocidad usados más comúnmente para modulación de datos son la modulación de amplitud en cuadratura (QAM) y el desplazamiento de fase en cuadratura (QPSK). Estas técnicas varían una frecuencia, amplitud y fase predefinidas de portadora según una señal de entrada para transmitir bits múltiples por baudio usando con ello la anchura de banda disponible más eficientemente.

Para extender el posible rango de valores de señal de datos, la modulación de cuadratura asigna un símbolo para representar más de dos valores binarios. El uso de un símbolo permite un mayor grado de información transmitida, puesto que el contenido de bits de cada símbolo dicta una forma de impulso único. Los símbolos, que consisten en x bits por muestra, pueden representar una versión cuantificada de una muestra analógica o datos binarios. El uso de un símbolo permite un mayor grado de información transmitida puesto que el contenido de bits de cada símbolo dicta una forma de impulso única. Los símbolos, que consisten en x bits por muestra, pueden representar una versión cuantificada de una muestra analógica o datos binarios. Dependiendo del número de símbolos usados, existe un número igual de formas de impulso único o formas de onda. El número de bits de datos determina las combinaciones de amplitud y fase que definen un modelo de constelación.

La modulación por cuadratura se basa en dos formas de onda distintas que son ortogonales entre sí. Si se transmiten dos formas de onda simultáneamente y no se interfieren entre sí, son ortogonales. La modulación por cuadratura modula dos señales diferentes en la misma anchura de banda creando un espacio de señal bidimensional como se muestra en la Figura 2. Dos formas de onda usadas generalmente para la modulación por cuadratura son las formas de onda de seno y de coseno a la misma frecuencia. Las formas de onda se definen como:

(1)s_{1}(t) = A cos(2\pif_{c}t)

y

(2)s_{2}(t) = A sen(2\pif_{c}t)

donde f_{c} es la frecuencia portadora de la señal modulada y A es la amplitud aplicada a ambas señales. Por convenio, la portadora del coseno se denomina la fase interna (I), componente real de la señal, y puesto que la portadora del seno es la cuadratura (Q), la componente imaginaria de la señal. Las combinaciones lineales de la forma a_{1} cos(2\pif_{c}t) + a_{2} sen(2\pif_{c}t), (donde a_{1} y a_{2} son números reales), generados a partir de las dos formas de onda básicas definen símbolos en el alfabeto de la modulación. Los símbolos pueden ser representados como números complejos, a_{1} + ja_{2}, donde j se define como j = \surd-1.

Un símbolo QAM consiste en al menos una muestra de las señales tanto de fase I como de cuadratura Q. La amplitud de señal se indica por la distancia desde el origen, la fase por la distancia angular alrededor del círculo unidad. Después de que se ha reunido los datos como símbolos, se procesan los símbolos de acuerdo con un protocolo de acceso escogido para el sistema de comunicación.

En la Figura 3 se muestra un sistema de comunicación CDMA de la técnica anterior. El CDMA es una técnica de comunicación en la cual los datos son transmitidos con una banda ensanchada (espectro ensanchado) modulando los datos a transmitir con una secuencia de pseudoruido. La señal de datos a transmitir puede tener una anchura de banda de sólo unos pocos miles de hertzios distribuidos sobre una banda de frecuencia que puede ser de varios millones de hertzios. Se usa el canal de comunicación simultáneamente por k subcanales independientes. Para cada subcanal k todos los demás subcanales aparecen como interferencia.

Como se muestra, un subcanal único de una anchura de banda dada se mezcla con un código de ensanche único que repite un modelo predeterminado generado por un generador de secuencia de pseudoruido (pn) con una anchura de banda amplia. Estos códigos de ensanche de usuario único son típicamente pseudoortogonales entre sí, de tal manera que la relación cruzada entre los códigos de ensanche es próxima a cero. Los códigos de ensanche en un sistema CDMA se eligen para reducir al mínimo la interferencia entre un subcanal deseado y todos los otros subcanales. Se multiplica una señal de datos por la secuencia pn para ensanchar la señal de datos y producir una señal de espectro ensanchado digital. Se modula una señal portadora con la señal de espectro ensanchada digital y se transmite en el canal de comunicación. Un receptor desmodula la transmisión para extraer la señal de espectro ensanchada digital. Los datos transmitidos se reproducen después de la correlación con la secuencia pn coincidente. Cuando los códigos de ensanche son ortogonales entre sí, la señal recibida puede ser correlacionada con una señal de usuario concreto relacionada con un código de ensanche concreto de tal modo que sólo se mejora la señal de usuario deseada relacionada con el código de ensanche concreto, mientras que las otras señales de todos los demás usuarios no se mejoran.

Cada elemento del código de ensanche es conocido como un chip y pertenece al conjunto (1, -1). La frecuencia o velocidad de transmisión del chip es la misma o más rápida que la velocidad de transmisión de datos. La relación entre la velocidad de transmisión de chip y la velocidad de transmisión de datos del subcanal se denomina factor de ensanche y es igual al número de chips que se usan para ensanchar un símbolo de datos de usuario. El número de chips es divisible por el factor de ensanche mayor admisible. Cuanto mayor es el factor de ensanche, más resistente es un símbolo al ruido y a la interferencia. Para el caso de un CDMA síncrono, un símbolo del usuario con el mayor factor de ensanche puede constituir un bloque de datos entero.

El CDMA es un protocolo de acceso invocado para las propuestas normas de comunicación inalámbrica de tercera generación. En la Figura 4 se muestra una arquitectura de sistema de un ensanchador de CDMA haciendo uso de factores de ensanche variables. Los factores de ensanche variables permiten a un transmisor hacer sintonía fina de la ganancia de procesamiento del sistema general. A los usuarios de velocidad de transmisión de datos más elevada se les asigna códigos de ensanche que tienen un factor de ensanche más bajo a costa de una ganancia de procesamiento reducida. A los usuarios de velocidad de transmisión de datos más baja se les asigna códigos de ensanche que tienen un factor de ensanche más elevado. Por tanto, la anchura de banda general de la señal de ensanche de todos los usuarios se mantiene de forma que sea la misma.

Para reducir el número general de códigos de ensanche para cada usuario en un sistema de comunicación dado, se usan códigos de ensanche diferentes pata separación de células y separación de usuarios, dando lugar a una operación de ensanche en dos partes para cada subcanal. Los códigos de canalización se usan para la separación de usuarios y los códigos de aleatorización para separación de células. Aunque una operación de ensanche en dos partes es característica de los sistemas CDMA celulares, se puede usar una operación de ensanche única en otras aplicaciones. Aquí, los códigos de canalización y de aleatorización son sustituidos por un código único que separa cada usuario.

Para efectuar la operación de ensanche de los usuarios del subcanal k en un sistema físico, se ejecutan métodos de ensanche lineales como formaciones de puerta fijas, microprocesadores, procesadores de señal digitales (DSP), circuitos integrados específicos de aplicación (ASIC) y análogos. Los sistemas lógicos fijos permiten mayor velocidad de sistema mientras que los sistemas accionados por microprocesador ofrecen flexibilidad de programación. Cada aplicación que es responsable de realizar las funciones de ensanche lleva a cabo una secuencia de operaciones matemáticas. Para los fines de las operaciones vectoriales que siguen, todos los vectores se definen como vectores de columna. Las variables siguientes definen típicamente la estructura y funcionamiento de un ensanchador.

: c = el código de ensanche de canalización de número entero real presentado como un vector para el subcanal k que corresponde a un factor de ensanche dado SF. La longitud del código de canalización c varía con los diferentes factores de ensanche SF.

: d = los datos transmitidos en un subcanal k.

: d = los datos en un subcanal k después de la modulación. Los datos se presentan en la forma de un vector, donde un vector es una formación de datos indexados por una única variable de índice.

: k = un subcanal, (k = 1, 2, 3, ... K).

: N = el número de símbolos de datos de un grupo del subcanal k-ésimo, (N = SF_{max}/SF). Para el caso del CDMA síncrono, un símbolo del usuario con el factor de ensanche más elevado puede constituir un bloque entero de datos. Cada subcanal k tiene su propio tamaño de grupo N, donde N puede ser igual a 1 (para SF = SF_{max}) a SF_{max}/SF_{min}.

: i = el i-ésimo símbolo de datos d, (i = 1, 2, 3, ...N).

: n = el elemento de referencia de un vector, ([n]),

: SF = el factor de ensanche mínimo del subcanal k.

: SF_{min} = el factor de ensanche mínimo del sistema de comunicación.

: SF_{max} = el factor de ensanche máximo del sistema de comunicación.

: v = la parte real, entera del código de aleatorización.

: \tilde{\underline{v}} = la parte compleja del código de aleatorización como un vector de longitud SF_{max}. \tilde{\underline{v}}[n] = j^{n}. v[n], donde n = 1...... SF_{max}. Obsérvese que v[n] y \tilde{v}[n] se refieren al elemento n-ésimo de los vectores v y \tilde{\underline{v}}. Así, \tilde{v}[n] = j^{n}.v[n], define la regla para derivar el elemento n-ésimo de \tilde{\underline{v}} a partir del elemento n- ésimo de v.

: z_{\underline{i}} = la secuencia de chip ensanchado final resultante de la aplicación de los códigos de canalización y aleatorización al elemento i-ésimo del subcanal k.

: z_{\underline{i}}[n] = d_{\underline{i}} . c[n]. j^{SF(j-1)+n}. v[SF(i+1)+n], donde n = 1....SF. z_{\underline{i}} tiene una longitud de SF chips, el factor de ensanche escogido para ese subcanal k concreto. N tal como z_{\underline{i}} de longitud de SF forman z de longitud SF_{max}.

Para simplificar la descripción que sigue, se trata un ensanchador de la técnica anterior de dos partes para un canal k-ésimo. Un experto en esta técnica aprecia que se puede sumar una pluralidad de subcanales k ensanchados, como se muestra en la Figura 4. Después de que los datos han sido modulados, donde los datos d del subcanal k se agrupan como símbolos definiendo una constelación predeterminada, se divide una secuencia de símbolos de datos complejos d en grupos que contienen N símbolos cada uno, definidos por:

(3)N = SF_{max}/SF

Cada símbolo de datos complejo d dentro de un grupo de N símbolos es ensanchado por un código de canalización c entero real de longitud SF chips. El código de canalización c es único para un usuario k. Todos los N símbolos d de ensanche del código de canalización c del grupo N están concatenados.

La secuencia de símbolo de ensanche resultante con una longitud de SF_{max} chips se multiplica por un código de aleatorización complejo \tilde{\underline{v}} de longitud SF_{max} para producir una secuencia de chips final z de longitud SF_{max}. El código de aleatorización \tilde{\underline{v}} se deriva de un código de aleatorización complejo v multiplicado por un operador complejo j^{n}. La relación es:

(4)\tilde{\underline{v}}[n] = j^{n}.v[n], donde n = 1...... SF_{max}.

El resultado del proceso de ensanche de dos partes es un vector z de longitud SF_{max} chips. Este vector z se puede expresar como una concatenación de N subvectores, z_{i}, donde i = 1, 2, 3, ... N, donde z_{i}, se define como el segmento de longitud SF chips dentro de z que representa la contribución del i-ésimo símbolo de ensanche del subcanal k, d_{i}, del grupo. El n-ésimo elemento de z_{i}, viene dado por:

(5)z_{\underline{i}}[n] = d_{\underline{i}} . c[n].j^{SF(i-1)+n}. v[SF(i+1)+n],

donde n = 1,....SF e i= 1, 2, 3, ...

v[SF(i+1)+n], donde n = 1,....SF, define un conjunto diferente de SF elementos de v que empieza con el elemento (SF(i-1)+1)-ésimo dependiendo de i.

La ejecución de la operación de ensanche de doble código definida por la Ecuación 5 requeriría 8(N)(SF) multiplicaciones de enteros para ensanchar una secuencia de símbolos d de longitud N símbolos para un subcanal k. Se necesitan 2(SF) multiplicaciones para el producto d_{\underline{i}} . c[n] (donde n = 1,....SF) (para un símbolo) y se necesitan 2(SF) multiplicaciones para el producto j^{SF(i-1)+n} . v[n] (para un símbolo) (donde n = 1,....SF) puesto que d_{\underline{i}} y j^{n} son números complejos multiplicados por números reales. Puesto que ambos productos intermedios son complejos, la multiplicación de productos parciales requiere cuatro operaciones por símbolo dando lugar a un total de 8(N)(SF) multiplicaciones.

A fin de conservar potencia para la operación en un sistema de comunicación portátil móvil mientras aumenta el caudal de datos, se necesita un proceso eficiente para llevar a cabo las operaciones de ensanche.

Resumen de la invención

La presente invención es un sistema y un método de ensanche para las aplicaciones del CDMA que requiere menos multiplicaciones de números enteros, como se describe en la reivindicación 1 y en la reivindicación 8, respectivamente. Los datos del usuario son ensanchados usando códigos de ensanche reales o complejos basados en números enteros de longitud SF a SF_{\underline{max}} chips. Al menos uno de los códigos tiene la forma j^{n} . v[n] donde v[n] es un código de ensanche. La invención proporciona una separación de usuario aumentada usando una pluralidad de códigos de ensanche.

En consecuencia, es un objeto de la invención proporcionar un sistema y un método menos complejos para ensanchar una señal de datos usando más de un código de ensanche.

Otros objetos y ventajas del sistema y del método se harán obvios para los expertos en la técnica al leer una descripción detallada de la realización preferida.

Breve descripción de los dibujos

La Figura 1 es un diagrama de bloques simplificado de un sistema de comunicación de acceso múltiple de la técnica anterior.

La Figura 2 es un gráfico de un espacio de señal en cuadratura.

La Figura 3 es un diagrama de bloques simplificado de un sistema de comunicación CDMA de la técnica anterior.

La Figura 4 es una arquitectura de sistema de un ensanchador en dos partes de la técnica anterior.

La figura 5 es una arquitectura de sistema de la presente invención.

Las figuras 6a-d son diagramas de flujo de control del método de la presente invención.

Las figuras 7a-d son diagramas de flujo de datos de la presente invención.

Descripción detallada de la invención

Se describirá la invención haciendo referencia a las figuras del dibujo en las que números análogos representan en todas ellas elementos análogos.

En la figura 5 se muestra un diagrama de sistema del ensanchador 17 de la presente invención para uso en sistemas de comunicaciones que emplean CDMA. El ensanchador 17 comprende una pluralidad de procesadores que tienen memoria colateral, los cuales realizan diversas operaciones vectoriales y matriciales. Las realizaciones físicas alternativas de la invención incluyen formaciones de portal fijas, ASIC, DSP y análogas que realizan las funciones equivalentes de diversos procesadores. Como reconoce un experto en la técnica, cuando se lleva a cabo el ensanchador 17 pueden variar las técnicas de optimización hechas a la medida para cada realización física. El ensanchador 17 comprende también una pluralidad de entradas de datos d^{(1)} .... d^{(n)} para introducir datos d modulados de usuario del subcanal k y una salida z^{(\Sigma)} para sacar una señal de espectro ensanchada combinada en forma de un vector de salida.

Para simplificar la explicación de la presente invención que sigue, se describirá sólo una operación de ensanche de un subcanal k eliminando así la necesidad de identificación única de subcanal en el proceso. Cada entrada de datos d^{(1)} .... d^{(n)}. puede tener de uno a una pluralidad de códigos de canalización y de uno a una pluralidad de códigos de aleatorización asignados en función del grado de separación de usuarios y celdas. Los términos canalización y aleatorización son arbitrarios y representan una pluralidad de códigos de ensanche que pueden variar en longitud dependiendo del factor de ensanche SF asignado de un canal k y de los requisitos de un sistema de comunicación. Al menos un código de ensanche asignado para cada subcanal k debe ser exclusivo a todos los otros códigos del sistema de comunicación para mantener la separación de subcanal correspondiente a cada usuario.

Cada código asignado debe tener la misma longitud, bien como una unión de códigos cortos periódicos o como un código que tiene la longitud del factor de ensanche máximo SF_{\underline{max}}. Realizaciones alternativas del ensanchador 17 resultan del número de códigos asignado a un subcanal k. Se puede desplegar una pluralidad de ensanchadores 17 en transmisores para un sistema de comunicación.

El ensanchador 17 ensancha los símbolos de datos del subcanal k usando una pluralidad de códigos de canalización y aleatorización. Estos códigos pueden ser todos reales, todos complejos o algunos pueden ser reales mientras otros pueden ser complejos. El ensanchador 17 comprende un generador 21 de código intermedio, un procesador 19 de grupo N, un ajustador 23 de fase, un rotador 25, dos multiplicadores 27r y 27i y un sumador 29.

Obsérvese que la longitud de un código es igual a su factor de ensanche SF. El generador 21 de código intermedio concatena N periodos de la parte real de cada código complejo de factor de ensanche SF. También concatena N periodos de la parte real de cada código complejo de factor de ensanche SF. También concatena N periodos de la parte real de cada código complejo de factor de ensanche SF. Así, cada código de factor de ensanche SF da lugar a un código largo de longitud SF_{\underline{max}}. A continuación multiplica todos estos códigos largos mediante una multiplicación elemento por elemento del vector resultante con todos los códigos reales de factor de ensanche SF_{\underline{max}} y la parte real de todos los códigos complejos de longitud SF_{\underline{max}}. Esto da lugar a la salida final del generador 21 de código intermedio, que es un código real único de longitud SF_{\underline{max}}.

El procesador 19 del grupo N determina el tamaño del grupo N como la relación SF_{\underline{max}} y luego SF reúne un grupo de N símbolos. El ensanchador 17 ensancha un grupo de este tipo cada vez.

El ajustador 23 de fase imparte una fase inicial a cada uno de los símbolos N del grupo reunido por el procesador 19 del grupo N. La fase impartida a un símbolo es función de la posición del símbolo dentro de su grupo. Así, la salida del ajustador 23 de fase es un grupo de N símbolos en el que a cada símbolo se le ha dado una rotación de fase específica.

El rotador 25 se ocupa de los códigos complejos formando una secuencia de longitud SF correspondiente a cada uno de estos símbolos del grupo de N símbolos obtenido a partir de la salida del ajustador 23 de fase. Hace esto rotando cada símbolo ajustado en fase SF veces, siendo el grado de rotación función del número total de códigos complejos del sistema. A continuación, las N secuencias complejas de este tipo correspondientes a cada uno de los N símbolos del grupo son concatenadas para formar una secuencia compleja única de longitud N + SF = SF_{\underline{max}} que forma la salida final del rotador 25.

La salida de secuencia compleja del rotador 25 es multiplicada, elemento por elemento, por la salida del generador 21 de código intermedio. Esta multiplicación se realiza por medio de los multiplicadores 27r y 27i. Los multiplicadores 27 r y 27i multiplican el código intermedio real por las partes reales y las partes imaginarias, respectivamente, de la salida de secuencia compleja del rotador 25.

La salida de los multiplicadores 27r y 27i es la secuencia de ensanche final del grupo de N símbolos de un subcanal. El sumador 29 suma la secuencia de ensanche final de todos los subcanales para formar una salida de secuencia única del ensanchador 17.

Puesto que se usan los códigos de canalización para separación de usuarios y se usan los códigos de aleatorización para separación de células, se conocen a priori los códigos de canalización y de aleatorización según el emplazamiento de la célula y son transmitidos a un usuario respectivo desde la estación de base de la célula a través de una transmi-
sión de aprendizaje. La transmisión de aprendizaje está más allá de esta descripción. Se encuentran disponibles M códigos de canalización para su uso, \underline{\check{C}}_{\underline{1}}.... \underline{\check{C}}_{\underline{M1}}, c_{\underline{M1+1}} ... c_{\underline{M}} de los cuales los primeros M_{\underline{1}} son complejos y los restantes son reales. El elemento n-ésimo del código de canalización complejo i-ésimo se define como

(6)\underline{\check{C}}_{\underline{i}}[n] = j^{n}. c_{\underline{i}}[n], donde n = 1,....SF y donde \underline{c}_{\underline{i}} es real

El subcanal k puede utilizar también P códigos de aleatorización \tilde{\underline{v}}_{\underline{1}}... \tilde{\underline{v}}_{\underline{P1}}, \tilde{\underline{v}}_{\underline{P1+1}}... \tilde{\underline{v}}_{\underline{P}} de los cuales los P_{1} primeros son complejos y los restantes son reales. El n-ésimo elemento del i-ésimo código de aleatorización complejo se define como:

(7)\tilde{v}_{\underline{i}}[n]=j^{n}.v_{\underline{i}}[n], donde n = 1,.... SF_{\underline{max}} y donde \underline{v}_{\underline{i}} es real

Haciendo referencia al diagrama de flujo del método 97 de la presente invención mostrado en las figuras 6a-d, los datos d que han experimentado la modulación y comprenden una serie de símbolos de datos, se alimentan en el ensanchador 17. Se determina un tamaño N de grupo de símbolos para el subcanal k por el procesador 19 del grupo N usando la Ecuación 3 (etapa 99). Puesto que códigos de canalización c diferentes tienen longitudes diferentes debido a sus factores de ensanche SF diferentes, N periodos de los códigos de canalización respectivos c son concatenados (etapa 101) para formar un código \underline{c}_{\underline{p}} igual en longitud al factor de ensanche máximo SF_{\underline{max}} del sistema de comunicación. No se requiere la concatenación cuando N es igual a uno (SF = SF_{\underline{max}}).

A fin de simplificar la explicación del método 97, c representa el producto de todos los códigos de canalización reales que han sido concatenados \underline{c}_{\underline{p}}. Están incluidos en c los códigos reales de los cuales se derivan los códigos de canalización complejos. El elemento n-ésimo de c se define como:

(8)c[n] = c_{\underline{1}}[n].c_{\underline{2}}[n]... c_{\underline{M}}[n], donde n = 1,....SF.

Adicionalmente, v representa el producto de todos los códigos de aleatorización reales. Están incluidos en v los códigos reales de los cuales se derivan los códigos de aleatorización complejos. El elemento n-ésimo de v se define como:

(9)v[n] = v_{\underline{1}}[n].v_{\underline{2}}[n]... v_{\underline{p}}[n], donde n = 1,... SF_{\underline{max}}.

Se calcula un código real intermedio s (etapa 103) de cada secuencia \underline{c}_{\underline{p}} de código de canalización y el código v de aleatorización real realizando una multiplicación elemento por elemento de los dos vectores en el generador 21 de código intermedio s. Se permite la multiplicación porque ambos vectores tienen la misma longitud. El elemento n-ésimo del código intermedio s se define por:

(10)\underline{s}[n] = \underline{c}_{\underline{p}}[n] . \underline{v}[n]... \underline{v}_{\underline{p}}[n], donde n = 1,... SF_{\underline{max}}.

donde \underline{c}_{\underline{p}} es un producto de las extensiones periódicas de los códigos c de canalización del subcanal k que contienen N periodos de c correspondientes al factor de ensanche SF. El código s real intermedio de longitud SF_{\underline{max}} se calcula (etapa 103) usando v y c y se compone de M+P códigos reales.

Se calcula el código s intermedio una vez para un subcanal (k-ésimo) dado. Se gana en eficiencia puesto que el cálculo se realiza una vez para toda la secuencia de datos de transmisión del subcanal k. Se inicia la cuenta (etapa 105) del grupo N y se forma un vector d que comprende N símbolos (etapa 107) en el procesador 19 del grupo N. Se inicia la cuenta del símbolo d_{\underline{1}} (etapa 109).

El ensanchador 17 mejora la velocidad de procesamiento al reconocer que la generación de cada subsecuencia z_{\underline{i}} (Ecuación 5) implica la secuencia compleja j^{SF(i-1)+n}, donde n = 1, ... SF. Esta secuencia surge de que cada código complejo \tilde{\underline{c}}, \tilde{\underline{v}} se deriva de un código de aleatorización real c, v mediante la multiplicación por la secuencia compleja j^{n} (Ecuación 4). Haciendo referencia a la Ecuación 5 y usando la propiedad conmutativa de la multiplicación, el producto de los códigos de canalización reales c_{\underline{p}} y los códigos de aleatorización reales v están disponibles a través del código intermedio s (etapa 103). La Ecuación 5 que representa el elemento n-ésimo de z_{\underline{i}} (donde z_{\underline{i}} es el segmento de SF chips dentro de z que representa la contribución del símbolo de ensanche i-ésimo, del subcanal k, d, en el grupo), se convierte en:

(11)z_{\underline{i}}[n] = d_{\underline{i}} . c[n] . v[SF(i- 1)+n] . j^{P1SF(i-1)} . j^{(P1+M1)n}

donde n = 1,....SF e i= 1, 2,...N

Para completar el proceso de ensanche de un grupo, se requiere una multiplicación del código intermedio s con una concatenación de todos los símbolos del grupo. El ensanchador 17 de la presente invención obvia una pluralidad de multiplicaciones al reconocer que cada multiplicación por el operador complejo j es equivalente a una rotación en el sentido contrario a las agujas del reloj del multiplicando que varía en el número de grados. La rotación implica un intercambio de las partes reales e imaginarias con un cambio de signo. El elemento n-ésimo de \tilde{\underline{d}}_{\underline{i}} se obtiene de una multiplicación de su elemento (n-1)-ésimo por el operador complejo j^{(P1+M1)} y se define como

(12)\tilde{\underline{d}}_{\underline{i}}[n] = j^{(P1+M1)}\tilde{\underline{d}}_{\underline{i}}[n-1], donde n = 1,....SF

donde el elemento 0-ésimo de \tilde{\underline{d}}_{\underline{i}} es inicializado como:

(13)\tilde{\underline{d_{i}}}[0] = d_{i} j^{SF(i-1) P1}

La Ecuación 13 inicializa \tilde{\underline{d}}_{\underline{i}}[0] impartiendo una fase inicial d_{\underline{i}}, que es función del factor de ensanche SF, siendo ensanchada la posición i dentro del grupo de los símbolos y siendo P_{1} el número de códigos de aleatorización complejos. La etapa 111 realiza el primer paso de esta inicialización.

Invocando la equivalencia entre una multiplicación por un operador complejo j y una rotación del multiplicando en el sentido contrario a las agujas del reloj de 90 grados, las componentes real e imaginaria del elemento n-ésimo de d_{\underline{i}} se derivan de las componentes imaginaria y real, respectivamente, de su elemento (n-1)-ésimo. Puesto que se ensancha un grupo de N símbolos con N periodos de los códigos de canalización c del subcanal k de factor de ensanche SF, i toma el valor de i= 1,...N.

Después de que se inicializa una cuenta i de símbolos (etapa 109), se procesa un grupo de N símbolos y se inicializa d_{\underline{i}}[0] (etapa 111). Cuando el factor SF satisface la siguiente expresión:

(14)SF . P_{1} = 4p, para cualquier número entero p,

la Ecuación 12 se reduce a \tilde{d}_{\underline{i}}[0] = d_{\underline{i}} puesto que j^{4q} = 1 para cualquier número entero q. Para el caso en el que SF no satisfaga la condición de la Ecuación 14 (etapa 113), se obtiene \tilde{d}_{\underline{i}}[0] impartiendo al símbolo d_{\underline{i}} una fase inicial de \tilde{d}_{\underline{i}}[0] = j^{SF(i-1) P1} \tilde{d}_{\underline{i}}[0] (etapa 115).

El método 97 realiza cuatro ensayos para determinar la cuantía de rotación del símbolo requerida en función del número de códigos de ensanche en uso. Para el caso en el que M_{1} + P_{1} = 4 p (etapa 117), donde p es cualquier número entero, las componentes real e imaginaria del elemento n-ésimo de \tilde{d}_{\underline{i}} se derivan de las componentes real e imaginaria, con el operador complejo siendo j^{(P1+M1)} = 1, y sus (n-1)-ésimos elementos como se muestra en las Ecuaciones 15 y 16 de la etapa 119. El rotador 25 hace rotar el elemento (n-1)-ésimo de \tilde{d_{\underline{i}}} 0 grados para obtener su elemento n-ésimo.

Para el caso en el que M_{1}+ P_{1} = 4 p + 1 (etapa 135), donde p es cualquier número entero, las partes real e imaginaria del elemento n-ésimo de \tilde{d_{\underline{i}}} se derivan de las partes imaginaria y real, con el operador complejo siendo j^{(P1+M1)} = j, y sus (n-1)-ésimos elementos como se muestra en las Ecuaciones 17 y 18 de la etapa 123. El rotador 25 hace rotar el elemento (n-1)-ésimo de \tilde{d_{\underline{i}}} 90 grados en el sentido contrario a las agujas del reloj para obtener su elemento n-ésimo.

Para el caso en el que M_{1} + P_{1} = 4 p + 2 (etapa 125), donde p es cualquier número entero, las partes real e imaginaria del elemento n-ésimo de \tilde{d_{\underline{i}}} se derivan de las componentes real e imaginaria, con el operador complejo siendo j^{(P1+M1)} =
-1, y sus (n-1)-ésimos elementos como se muestra en las Ecuaciones 19 y 20 de la etapa 127. El rotador 25 hace rotar el elemento (n-1)-ésimo de \tilde{\underline{d}}_{\underline{i}} 180 grados en el sentido contrario a las agujas del reloj para obtener su elemento n-ésimo.

Para el caso remanente en el que M_{1} + P_{1} = 4 p + 3 (etapa 129), donde p es cualquier número entero, las partes real e imaginaria del elemento n-ésimo de \tilde{d_{\underline{i}}} se derivan de las componentes real e imaginaria, con el operador complejo siendo j^{(P1+M1)} = -j, y sus (n-1)-ésimos elementos como se muestra en las Ecuaciones 21 y 22 de la etapa 131. El rotador 25 hace rotar el elemento (n-1)-ésimo de \tilde{d_{\underline{i}}} 270 grados en el sentido contrario a las agujas del reloj para obtener su elemento n-ésimo.

La secuencia \tilde{d_{\underline{i}}} del chip intermedio resultante con una longitud de SF chips se calcula para el símbolo i-ésimo del grupo de N símbolos empleando SF rotaciones como se describe en las Ecuaciones 15-22. La multiplicación real es remplazada por el rotador 25 que realiza operaciones de desplazamiento mostradas en las Figuras 7a-d que corresponden a las antes mencionadas rotaciones de 0 grados, 90 grados, 180 grados y 270 grados respectivamente para calcular el vector \tilde{d_{\underline{i}}} con una longitud de SF chips.

Como se muestra en las Figuras 7a-d, en el intervalo del símbolo i-ésimo, el elemento 0-ésimo de \tilde{d_{\underline{i}}} es inicializado a partir del nuevo símbolo d_{\underline{i}} de datos complejo por la Ecuación 13. Si la cuantía determinada de rotación del símbolo es de 90 grados, 180 grados ó 270 grados, las componentes real e imaginaria de \tilde{d_{\underline{i}}}[0] son cargadas en un registro que conserva las componentes real \tilde{d}_{\underline{i, \ real}}[n] e imaginaria \tilde{d}_{\underline{i, \ imag}}[n] de \tilde{d_{\underline{i}}}[n]. Las componentes real e imaginaria de \tilde{d_{\underline{i}}}[n] son desplazadas en el registro a la velocidad de chips. El registro tiene dos elementos de memoria, los cuales junto con un camino de retroalimentación realizan la derivación de las componentes real e imaginaria del elemento n-ésimo de \tilde{d_{\underline{i}}} a partir de las componentes imaginaria y real respectivamente del elemento (n-1)-ésimo, (Ecuaciones 17-22). La multiplicación por -1 se ocupa de los cambios de signo requeridos. El rotador 25 da como salida z_{\underline{real}} d_{\underline{imag}} derivadas en el intervalo de chips n-ésimo como \tilde{d}_{\underline{i, \ real}}[n] y \tilde{d}_{\underline{i, \ imag}}[n]. De este modo, el rotador da como salida sobre n = 1, ... SF intervalos de chips para representar el vector de SF chips de longitud \tilde{\underline{d}}_{\underline{i}}, es decir, el producto del símbolo de datos d_{\underline{i}} por j^{SF(i-1)+n}, n = 1, ... SF.

Como se daría cuenta un experto en la técnica, una rotación de fase de 0 grados en el plano complejo (Figura 2) realizada por el rotador 25 mostrada en la Figura 7a da como salida los mismos valores de las componentes real \tilde{\underline{d}}_{\underline{i, \ real}}[n] e imaginaria \tilde{\underline{d}}_{\underline{i, \ imag}}[n] de la entrada de símbolo de datos. El símbolo no experimenta ningún cambio de fase. Una rotación de fase de 90 grados realizada por el rotador 25 mostrada en la Figura 7b da como salida como componente imaginaria del símbolo \tilde{\underline{d}}_{\underline{i, \ imag}}[n] la componente real del símbolo de datos de la entrada y da como salida como componente real del símbolo \tilde{\underline{d}}_{\underline{i, \ real}}[n] la componente imaginaria del símbolo de datos de entrada junto con un cambio de signo. Una rotación de fase de 180 grados realizada por el rotador 25 mostrada en la Figura 7c da como salida como componente imaginaria del símbolo \tilde{\underline{d}}_{\underline{i, \ imag}}[n] la componente imaginaria del símbolo de datos de entrada junto con un cambio de signo y da como salida como componente real del símbolo \tilde{\underline{d}}_{\underline{i, \ real}}[n] la componente real del símbolo de datos de entrada junto con un cambio de signo. Una rotación de fase de 270 grados realizada por el rotador 25 mostrada en la Figura 7d da como salida como componente imaginaria del símbolo \tilde{\underline{d}}_{\underline{i, \ imag}}[n] la componente imaginaria del símbolo de datos de la entrada y da como salida como componente real del símbolo \tilde{\underline{d}}_{\underline{i, \ real}}[n] la componente real del símbolo de datos de entrada junto con un cambio de signo.

Haciendo referencia a la Figura 6d, después de que han sido procesados similarmente todos los símbolos remanentes del grupo (etapa 133), sus \tilde{\underline{d}}, i = 1, ... N son concatenados para formar \tilde{\underline{d}}_{\underline{i}} con una longitud SF_{\underline{max}} y luego son multiplicados por el código intermedio s para llegar a la secuencia de ensanche final z del grupo (etapa 135). Se repite el proceso para los grupos remanentes (etapa 137) y se incrementa el índice de grupo (etapa 139), si fuera necesario.

Se pueden realizar realizaciones alternativas del ensanchador 17 cuando se usa un número específico de códigos y no varían. Por ejemplo, si el ensanchador 17 fuera desplegado en transmisores para un sistema de comunicación que sólo requiere dos códigos para separación, uno real y el otro complejo, el número total de códigos complejos es igual a uno, satisfaciendo el ensayo M_{1} + P_{1} = 4 p + 1 (j^{(número \ de \ códigos \ complejos)módulo \ 4}) (etapa 121) requiriendo por tanto sólo una rotación de 90 grados. Los ensayos remanentes para rotaciones de 0, 180, y 270 grados (etapas 117, 125 y 129) y sus rotaciones asociadas (etapas 119, 127 y 131) son obviados. Se puede combinar cualquier número de códigos para ensanchar los datos reunidos en el procesador 19 del grupo N.

Aunque se ha descrito la presente invención en términos de las realizaciones preferidas, serán obvias para los expertos en la técnica otras variaciones que están dentro del objeto de la invención como se define en las reivindicaciones siguientes.

Claims

1. Un sistema de comunicación que tiene un ensanchador (17) para ensanchar una señal de datos (d) que comprende al menos una pluralidad de códigos de ensanche ((\tilde{\underline{c}}_{\underline{1}}....\tilde{\underline{c}}_{\underline{M1}}, \underline{c}_{\underline{M1+1}} ...\underline{c}_{\underline{M}}) y ((\tilde{\underline{v}}_{\underline{1}}....\tilde{\underline{v}}_{\underline{P1}}, \underline{v}_{\underline{P1+1}} ...\underline{v}_{\underline{P}})) donde al menos uno de dicha pluralidad de códigos de ensanche es complejo, caracterizado el ensanchador por:

una entrada de datos para recibir dicho símbolo de datos;

una entrada de control, para recibir un factor de ensanche asignado SF para la señal de datos;

un procesador (19) del grupo N para definir un grupo de N símbolos (\underline{d}_{\underline{i}}) para ensanchar basado en dicho factor de ensanche SF asignado;

un generador (21) de código intermedio para calcular un código de ensanche basado en dicho factor de ensanche asignado y al menos un código de una pluralidad de códigos reales ((\underline{c}_{\underline{1}}....\tilde{\underline{c}}_{\underline{M1}}, \underline{c}_{\underline{M1+1}} ...\underline{c}_{\underline{M}}) y ((\underline{v}_{\underline{1}} .... \underline{v}_{\underline{P1}}, \underline{v}_{\underline{P1+1}} ... \underline{v}_{\underline{P}})) derivados de dicha pluralidad de códigos de ensanche asignados, dando como salida dicho generador de código intermedio un código intermedio; y

un rotador (25) para efectuar una rotación de fase de cada símbolo (\underline{d}_{\underline{i}}) de dicho grupo para generar una cantidad compleja (\tilde{\underline{d}}_{\underline{i, \ real}}[n], \tilde{\underline{d}}_{\underline{i, \ imag}}[n]) siendo dicha cantidad compleja ensanchada con dicho código intermedio y sacada como una señal de datos (\check{\underline{z}}) ensanchada.

2. El sistema de la reivindicación 1 en el que dicho procesador del grupo N se puede operar para definir dicho grupo usando la relación:

N = SF_{max}/SF

donde N designa el número de símbolos de datos de dicho grupo, SF_{max} designa el factor de ensanche máximo del sistema de comunicación y SF es el factor de ensanche asignado de la señal de datos.

3. El sistema de la reivindicación 2, en el que la cuantía de dicha rotación de fase realizada por dicho rotador depende del número total de códigos de ensanche asignados.

4. El sistema de la reivindicación 2, en el que dicha pluralidad de códigos de ensanche asignados está caracterizada además tanto por códigos de canalización (\tilde{\underline{c}}_{\underline{1}} .... \tilde{\underline{c}}_{\underline{M1}}, \underline{c}_{\underline{M1+1}} ... \underline{c}_{\underline{M}}) como por códigos de aleatorización ((\tilde{\underline{v}}_{\underline{1}} .... \tilde{\underline{v}}_{\underline{P1}}, \underline{v}_{\underline{P1+1}} ... \underline{v}_{\underline{P}}).

5. El sistema de la reivindicación 4, caracterizado además porque dichos códigos de canalización incluyen códigos complejos y reales y dichos códigos de aleatorización incluyen códigos complejos y reales.

6. El sistema de la reivindicación 5, donde la cuantía de dicha rotación de fase por dicho rotador depende del número total de códigos complejos de canalización y de códigos complejos de aleatorización asignados.

7. El sistema de la reivindicación 6 donde dicha rotación de fase está caracterizada además por

j^{(número \ de \ códigos \ complejos)módulo \ 4} donde un resto de 0 da lugar a una rotación de 0 grados, un resto de 1 da lugar a una rotación de 90 grados, un resto de 2 da lugar a una rotación de 180 grados y un resto de 3 da lugar a una rotación de 270 grados.

8. Un método de ensanchar una señal de datos (d) que comprende una pluralidad de símbolos de datos (\underline{d}_{\underline{i}}) para transmisión en un sistema de comunicación asignando al menos uno de una pluralidad de códigos de ensanche ((\tilde{\underline{c}}_{\underline{1}} .... \tilde{\underline{c}}_{\underline{M1}}, \underline{c}_{\underline{M1+1}} ... \underline{c}_{\underline{M}}) y ((\tilde{\underline{v}}_{\underline{1}} .... \tilde{\underline{v}}_{\underline{P1}}, \underline{v}_{\underline{P1+1}} ... \underline{v}_{\underline{P}})) donde al menos uno de los códigos de ensanche asignados de la pluralidad de códigos de ensanche es complejo, estando el método caracterizado por las etapas de:

(a): calcular un factor de ensanche SF

(b): definir un grupo de dichos símbolos de datos para ensanchar en base a dicho factor de ensanche SF.

(c): generar una pluralidad de códigos reales ((\underline{c_{1}}.... \underline{c}_{\underline{M1}}, \underline{c}_{\underline{M1+1}}... \underline{c}_{\underline{M}}) y ((\underline{v}_{\underline{1}}.... \underline{v}_{\underline{P1}}, \underline{v}_{\underline{P1+1}}... \underline{v}_{\underline{P}})) derivados de dicha pluralidad de códigos de ensanche;

(d): generar un código intermedio en base a dicho factor de ensanche SF y a uno al menos de dichos códigos reales ((\underline{c_{1}}.... \underline{c}_{\underline{M1}}, \underline{c}_{\underline{M1+1}}... \underline{c}_{\underline{M}}) y ((\underline{v}_{\underline{1}}.... \underline{v}_{\underline{P1}}, \underline{v}_{\underline{P1+1}}... \underline{v}_{\underline{P}}));

(e): rotar cada uno de dichos símbolos de dicho grupo para generar un código de ensanche complejo; y

(f): mezclar dicho código de ensanche complejo con dicho código intermedio para generar un código de ensanche de salida.

9. El método según la reivindicación 8, en el que dicha etapa de definir está caracterizada además por el paso de derivar el tamaño de dicho grupo usando la fórmula:

N = SF_{max}/SF

donde N designa el número de símbolos de datos de un grupo, SF_{max} designa el factor de ensanche máximo del sistema de comunicación y SF es el factor de ensanche calculado.

10. El método según la reivindicación 9, en el que dicha etapa de rotar está caracterizada además por diferentes grados de rotación dependiendo del número de códigos de ensanche complejos de dichos códigos asignados.

11. El método según la reivindicación 9, en el que dicha etapa de rotar está caracterizada además por los pasos de:

: (d1) rotar 0 grados cuando el resto de

: j^{(\text{número de códigos complejos)módulo 4}} es 1;

: (d2) rotar 90 grados cuando el resto de

: j^{(\text{número de códigos complejos)módulo 4}} es j;

: (d3) rotar 180 grados cuando el resto de

: j^{(\text{número de códigos complejos)módulo 4}} es -1; y

: (d1) rotar 270 grados cuando el resto de

: j^{(\text{número de códigos complejos)módulo 4}} es -j.

12. El método según la reivindicación 11, en el que dicha pluralidad de códigos de ensanche de señal está caracterizada además por códigos de canalización (\tilde{\underline{c}}_{\underline{1}} .... \tilde{\underline{c}}_{\underline{M1}}, \underline{c}_{\underline{M1+1}} ... \underline{c}_{\underline{M}}) y códigos de aleatorización ((\tilde{\underline{v}}_{\underline{1}}....\tilde{\underline{v}}_{\underline{P1}}, \underline{v}_{\underline{P1+1}} ... \underline{v}_{\underline{P}}).

13. El método según la reivindicación 12, en el que dichos códigos de canalización incluyen además códigos de canalización complejos y dichos códigos de aleatorización incluyen además códigos de aleatorización complejos.

14. El método según la reivindicación 13, caracterizado además por la etapa de sumar dicho número de códigos de canalización complejos y dichos códigos de aleatorización complejos de dichos códigos asignados.