ES2708142T3

ES2708142T3 - Descodificación de señal eficiente en sistemas de comunicación MIMO

Info

Publication number: ES2708142T3
Application number: ES07865670T
Authority: ES
Inventors: Ilan Hen
Original assignee: Guangdong Oppo Mobile Telecommunications Corp Ltd
Current assignee: Guangdong Oppo Mobile Telecommunications Corp Ltd
Priority date: 2006-12-29
Filing date: 2007-12-13
Publication date: 2019-04-08
Anticipated expiration: 2027-12-13
Also published as: KR20120038987A; DK2098032T3; EP3442186A1; CN101573932A; EP3442184B1; EP3442185B1; WO2008082909A1; EP3442185A1; EP3442184A1; TWI368406B; EP3442186B1; PL2098032T3; EP2098032A1; US20080159429A1; HUE042937T2; KR20090085126A; US7711062B2; EP2098032A4; EP2098032B1; TW200832980A

Abstract

Un receptor para un sistema de comunicaciones MIMO, que comprende: un módulo (212) receptor lineal configurado para realizar una operación lineal en una señal y (108) recibidas a través de dos o más antenas (104) utilizando una matriz P para generar un vector z complejo, en el que la matriz P se genera utilizando un algoritmo de reducción de celosía realizado en una matriz de canal para un canal MIMO; y un módulo (214) generador de listas configurado para recibir el vector z complejo del módulo (212) receptor lineal y la matriz P y para generar una lista de vectores de datos posibles y métricas de la señal recibida al escalar una matriz de aproximaciones enteras complejas de los componentes complejos del vector z, en el que la lista es generada por operaciones en el dominio complejo.

Description

DESCRIPCION

Descodificacion de senal eficiente en sistemas de comunicacion MIMO

Campo tecnico

Varias realizaciones descritas en el presente documento se refieren en general a comunicaciones inalambricas y, mas particularmente, a metodos y aparatos de descodificacion para sistemas de comunicacion MIMO.

Antecedentes

Los dispositivos de computacion se han convertido en una parte ubicua de la vida diaria de cada usuario. Ya sean inalambricos o cableados, estos dispositivos han aumentado la productividad diaria de esos usuarios. En el ambito inalambrico, un telefono celular, un ordenador portatil con capacidad de fidelidad inalambrica (Wi-Fi), una conexion de banda ancha inalambrica para su hogar o un Asistente digital personal (PDA) con capacidad inalambrica permiten que el usuario se conecte a una red inalambrica continuamente. Durante la ultima decada, se establecio que los sistemas de comunicaciones que emplean la arquitectura MIMO, la arquitectura en la que la transmision y la recepcion se llevan a cabo a traves de multiples antenas, son sistemas superiores con respecto a la confiabilidad, rendimiento y consumo de energfa.

El documento PIRKKA SILVOLA ET AL: “Sub-Optimal Soft- Output MAP Detector with Lattice Reduction in MIMO-OFDM System”, IEEE 17TH INTERNATIONAL SYMPOSIUM ON PERSONAL, INDOOR AND MOBILE RADIO COMMUNICATIONS, 1 de septiembre de 2006, paginas 1-5, divulga el uso de reducciones de celosfa (LR) para la deteccion de senales en sistemas de multiples antenas.

Resumen

Se proporciona un receptor para un sistema de comunicaciones MIMO como se establece en la reivindicacion 1, y un metodo en un sistema de comunicaciones MIMO como se expone en la reivindicacion 7. Realizaciones preferidas se proporcionan en las reivindicaciones dependientes. La presente invencion se define por el alcance de las reivindicaciones adjuntas. A continuacion, cualquier realizacion a la que se hace referencia y que no este dentro del alcance de dichas reivindicaciones adjuntas debe interpretarse como ejemplo(s) util(es) para comprender la presente invencion.

Breve descripcion de los dibujos

En los dibujos, que no estan necesariamente dibujados a escala, los numeros similares describen componentes sustancialmente similares en las distintas vistas. Los numeros similares que tienen diferentes sufijos de letras representan diferentes instancias de componentes sustancialmente similares. Los dibujos ilustran en general, a modo de ejemplo, pero no a modo de limitacion, varias realizaciones descritas en el presente documento.

La figura 1 muestra un diagrama de bloques de alto nivel de un sistema de comunicaciones inalambricas de acuerdo con realizaciones de la presente invencion;

La figura 2 muestra un diagrama de bloques de alto nivel de un aparato de acuerdo con realizaciones de la presente invencion; y

La figura 3 muestra un diagrama de flujo de un metodo de acuerdo con realizaciones de la presente invencion.

Descripcion detallada

En la siguiente descripcion detallada de las realizaciones de la invencion, se hace referencia a los dibujos adjuntos que forman parte del presente documento, y en los que se muestran, a modo de ilustracion, realizaciones preferidas espedficas en las que se puede practicar la materia objeto. Estas realizaciones se describen con suficiente detalle para permitir a los expertos en la materia practicarlas, y debe entenderse que pueden utilizarse otras realizaciones y que pueden realizarse cambios logicos, mecanicos y electricos sin apartarse del espmtu y alcance de la presente divulgacion. La presente invencion se define por las reivindicaciones adjuntas y se limita solamente por su alcance.

La figura 1 es un diagrama de bloques de alto nivel de un sistema de comunicaciones inalambricas de acuerdo con realizaciones de la presente invencion. En una realizacion, un sistema 100 de comunicaciones inalambricas incluye un modulo 102 de descodificacion, una pluralidad de antenas 104 de transmision y un dispositivo 106 central. Para los fines de ilustracion en la presente discusion, se utilizaran un sistema MIMO 2*2, dos antenas de transmision y dos antenas de recepcion, aunque el aparato y los metodos aqrn descritos son igualmente aplicables a cualquier disposicion de un sistema MIMo . Las senales inalambricas recibidas por la pluralidad de antenas de recepcion pueden diferir debido a la separacion espacial de las antenas, lo que tambien puede conducir a diferencias temporales. El modulo 102 de descodificacion, en una realizacion, esta configurado para recibir las diversas senales 108 inalambricas de la pluralidad de antenas de recepcion como un conjunto de vectores de senal y emitir una corriente de posibles bits 110 de datos blandos al dispositivo 106 anfitrion.

En una realizacion, el modulo 102 de descodificacion esta configurado para decodificar una senal 108 inalambrica codificada y para derivar bits 110 de datos de software contenidos dentro de la senal 108 inalambrica codificada. En una realizacion, la senal inalambrica codificada puede recibirse desde una red a traves de la pluralidad de antenas de recepcion. Codificado, como se usa en este documento, significa una senal que no puede ser operada directamente por el sistema 106 anfitrion, y requiere operaciones intermedias para derivar bits de datos que pueden ser operados directamente por el sistema 106 anfitrion. En el contexto de la presente discusion, las operaciones intermedias las realiza el modulo 102 de descodificacion, y se denominan colectivamente operaciones de descodificacion. La senal 108 inalambrica codificada es una suma de los datos originales y el ruido recibido por la pluralidad de antenas. Se considera que el ruido es algo recibido por la antena que no forma parte de los datos que se pretende transmitir, y tambien puede llamarse interferencia. Como los datos originales pueden verse afectados por la matriz de canales, para un sistema MIMO, la senal inalambrica codificada puede expresarse ademas como la suma de los datos originales transformados por la matriz de canales y el ruido. Uno de los objetivos del modulo de descodificacion es eliminar el ruido para determinar, con una probabilidad razonable, los datos originales transmitidos. El modulo de descodificacion, en algunas realizaciones, proporciona al dispositivo huesped una aproximacion suave de los bits de datos originales transmitidos.

La figura 2 es un diagrama de bloques de alto nivel de un aparato de acuerdo con realizaciones de la presente invencion. En una realizacion, el modulo 102 de descodificacion incluye un modulo 210 de cambio y escala, un modulo 212 de receptor lineal, un modulo 214 generador de listasy un modulo 216 de reduccion de celosfa. En una realizacion adicional, el modulo 102 de descodificacion incluye un calculador 218 de bits blandos.

En una realizacion, el modulo 216 de reduccion de celosfa esta acoplado al modulo 212 receptor lineal y al modulo 214 generador de listas y esta configurado para proporcionar tanto al modulo 212 receptor lineal como al modulo 214 generador de listas una matriz P que se deriva la matriz H del canal. P se deriva de H a traves del bien conocido algoritmo LLL (Lenstra-Lenstra-Lavosz) modificado para representar las matrices de valores complejos.

En una realizacion, el modulo 210 de desplazamiento y escala esta acoplado a las antenas de recepcion y esta configurado para recibir un vector de senal de entrada, y, transformar el vector de senal en el espacio vectorial complejo. En una realizacion adicional, el modulo 210 de desplazamiento y escala realiza una transformacion lineal en y en espacio vectorial complejo que es operable por el modulo 214 generador de lista, como se describira mas adelante. El vector ys de salida es una transformacion lineal del vector de entrada desde el espacio vectorial QAM al espacio vectorial complejo de enteros continuos, y puede proporcionarse mediante la siguiente ecuacion:

En una realizacion, el modulo 212 receptor lineal esta acoplado al modulo 210 de desplazamiento y escala y al modulo 214 generador de lista, y esta configurado para eliminar la correlacion entre los componentes del vector de salida del modulo 210 de cambio y escala. En una realizacion adicional, el receptor 212 lineal esta configurado para multiplicar el vector por ys por una matriz arbitraria A, que puede expresarse como:

En el ejemplo espedfico para el receptor lineal de forzado cero:

donde H = HP. En una realizacion adicional, el modulo receptor lineal realiza una operacion lineal en la senal y recibida a traves de dos o mas antenas utilizando una matriz P y genera el valor z, donde la matriz P se genera utilizando un algoritmo de reduccion de celosfa realizado en una matriz de canales para un canal MIMO.

En una realizacion, el modulo 214 generador de listas esta acoplado al modulo 212 receptor lineal y esta configurado para recibir un vector desde el modulo 212 receptor lineal y para derivar una lista de posibles vectores de datos a traves de operaciones en las que los componentes complejos del vector recibido son aproximados por enteros complejos en el plano complejo. En una realizacion adicional, el modulo 214 generador de listas descarta posibles vectores de datos en los que ese vector de datos contiene sfmbolos QAM ilegales. Las operaciones espedficas del modulo 214 generador de listas se explicaran con mayor detalle a continuacion con referencia a la FIG. 3.

El modulo 218 de calculo de bits blandos, en una realizacion, esta acoplado al modulo 214 generador de listas y recibe una lista de posibles vectores de datos y una metrica correspondiente para cada uno de los posibles vectores de datos. El modulo 218 de calculo de bits blandos, a traves de operaciones estandar, proporciona una aproximacion suave de los bits de datos originales. El calculador 220 de bits blandos, en una realizacion adicional, proporciona una aproximacion suave de los bits de datos originales al sistema 106 central para operaciones adicionales. El modulo 218 de calculador de bits suaves calcula los datos originales, en una realization, de acuerdo con:

donde, D?j y D fj son las metricas correspondientes contenidas en la salida del modulo 214 generador de listas.

La figura 3 muestra un diagrama de flujo de un metodo de acuerdo con realizaciones de la presente invention. En una realizacion, las operaciones representadas en la FIG. 3 se puede llevar a cabo en un modulo 102 de descodificacion como se muestra y describe anteriormente. En una realizacion adicional, las operaciones representadas en la FIG. 3 se llevan a cabo en un modulo 214 generador de lista tal como el descrito anteriormente con respecto a la FIG. 2.

En el bloque 305, el vector z se recibe desde el modulo 212 receptor lineal, la matriz P y la matriz H del canal reducido, se reciben desde el modulo 216 de reduction de celosia, y se ingresan. En una realizacion, el vector z se define mediante la ecuacion:

z

donde A es una matriz arbitraria.

En el bloque 310, se obtienen aproximaciones de enteros del vector z. En una realizacion, las aproximaciones de enteros se llevan a cabo componente por componente sobre los componentes del vector z. El numero de aproximaciones de enteros complejos de cada uno de los componentes varia de forma adaptativa. La naturaleza adaptativa de esta operation produce un pequeno numero de vectores candidatos para ser seleccionados y procesados. Esto esta en oposicion a la operacion de descodificacion de maxima probabilidad (ML) en la que la complejidad de la operacion crece exponencialmente rapido con el numero de antenas de transmision y el tamano de la constelacion. En una realizacion adicional, la obtencion de las aproximaciones de enteros complejos a partir de los componentes complejos del vector z se realiza mediante las siguientes operaciones. Define M enteros positivos que satisfagan

donde S es un parametro predeterminado que establece la complejidad del decodificador. Ademas define M conjuntos de numeros complejos A¹, A², ... , Am donde |Ai| = Si, i = 1,. .. , M y |Ai| denota el tamano del conjunto Ai. Cada conjunto Ai contiene la ronda de enteros complejos (zi) y los enteros mas cercanos de Si-1 adicionales a zi. S¹, S²,. .. , Sm puede determinarse de una manera adaptativa o no adaptativa. Para el proceso no adaptativo, S¹se establece mediante 1

S1 = S2 = ••• = Sm = Sm. Para el proceso adaptativo, los errores de cuantificacion se calculan mediante £j = |zi-(zi) redondeado|, i = 1, ••• , M y los tamanos de conjuntos pequenos se asignan a pequenos errores de cuantizacion en orden ascendente.

En el bloque 315, se construye un conjunto X de posibles vectores de datos. El conjunto X se construye definiendo primero un conjunto U que consiste en vectores S, que son las aproximaciones al vector z. El conjunto X de posibles vectores de datos se obtiene de U despues de las operaciones de escalamiento utilizando la matriz P. El conjunto U (con vectores S de tamano M) se puede definir como:

En el bloque 320, los elementos del conjunto X se escanean en busca de aquellos vectores que pueden contener simbolos QAM ilegales. Esto reduce el conjunto de posibles vectores de datos, lo que acelera el proceso de encontrar la senal de datos probablemente original. El conjunto reducido X se puede definir como Xp.

En el bloque 325, se calcula una metrica para cada elemento de Xp. La metrica, en una realizacion, se puede definir como la distancia entre cada uno de los posibles vectores de datos en el conjunto reducido y el vector original z. La metrica se puede calcular mediante la ecuacion:

En el bloque 330, la lista de posibles vectores de datos y su metrica correspondiente se combinan en un unico conjunto y se proporcionan al calculador de bits blandos para futuras operaciones. El calculadora de bits blandos puede usar cualquier metodo para determinar razonablemente los datos originales contenidos dentro de la senal sin apartarse del alcance de la presente discusion, y se puede usar cualquier calculador de bits blandos, como es bien sabido en la tecnica.

A menos que se especifique lo contrario, terminos como procesamiento, computacion, calculo, determinacion, visualizacion, o similar, pueden referirse a una accion y/o proceso de uno o mas sistemas de procesamiento o computacion o dispositivos similares que pueden manipular y transformar datos representados como cantidades ffsicas (por ejemplo, electronicas) dentro de los registros de un sistema de procesamiento y la memoria en otros datos representados de manera similar como cantidades ffsicas dentro de los registros o memorias del sistema de procesamiento, u otros dispositivos de almacenamiento, transmision o visualizacion de informacion similares. Ademas, como se usa en este documento, un dispositivo informatico incluye uno o mas elementos de procesamiento junto con una memoria legible por computadora que puede ser una memoria volatil o no volatil o una combinacion de las mismas.

Algunas realizaciones de la invencion pueden implementarse en una o una combinacion de hardware, firmware y software. Las realizaciones de la invencion tambien pueden implementarse como instrucciones almacenadas en un medio legible por maquina, que puede ser lefdo y ejecutado por al menos un procesador para realizar las operaciones descritas en este documento. Un medio legible por maquina puede incluir cualquier mecanismo para almacenar o transmitir informacion en una forma legible por una maquina (por ejemplo, un ordenador). Por ejemplo, un medio legible por maquina puede incluir memoria de solo lectura (ROM), memoria de acceso aleatorio (RAM), medios de almacenamiento en disco magnetico, medios de almacenamiento optico, dispositivos de memoria flash y otros.

El alcance de la presente invencion se determina solamente por el alcance de las reivindicaciones adjuntas.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Un receptor para un sistema de comunicaciones MIMO, que comprende:

un modulo (212) receptor lineal configurado para realizar una operacion lineal en una senal y (108) recibidas a traves de dos o mas antenas (104) utilizando una matriz P para generar un vector z complejo, en el que la matriz P se genera utilizando un algoritmo de reduccion de celosfa realizado en una matriz de canal para un canal MIMO; y un modulo (214) generador de listas configurado para recibir el vector z complejo del modulo (212) receptor lineal y la matriz P y para generar una lista de vectores de datos posibles y metricas de la senal recibida al escalar una matriz de aproximaciones enteras complejas de los componentes complejos del vector z, en el que la lista es generada por operaciones en el dominio complejo.

2. El receptor de la reivindicacion 1, que comprende ademas:

un calculador (218) de bits blandos para proporcionar un flujo de bits (110) blandos a un dispositivo (106) huesped, en el que los bits blandos se derivan de la lista de posibles vectores de datos y metricas.

3. Receptor de la reivindicacion 1, en el que el modulo (214) generador de listas retiene vectores de datos correspondientes a sfmbolos de modulacion de amplitud en cuadratura (QAM) y descarta vectores de datos que no corresponden a sfmbolos validos de QAM.

4. El receptor de la reivindicacion 1, en el que el algoritmo de reduccion de celosfa utilizado por el modulo (212) receptor lineal es el algoritmo de Lenstra-Lenstra-Lavosz (LLL) modificado para representar matrices de valores complejos.

5. El receptor de la reivindicacion 1, en el que el generador de listas esta configurado para:

obtener aproximaciones de enteros complejos a partir de un vector z (310) de entrada, en el que el vector z de entrada se deriva de una reduccion de celosfa en una matriz H de canal y una operacion lineal en la senal y; construya un conjunto X de posibles vectores (315) de datos, en el que el conjunto X se construye al definir primero un conjunto U de vectores S, los vectores S son aproximaciones de los componentes del vector de entrada z, y luego escalar el conjunto U con la matriz P, obtenida de la reduccion de celosfa en la matriz H del canal;

generar una metrica para cada elemento del conjunto X de posibles vectores de datos; y

proporcionar (330) el conjunto X resultante de posibles vectores de datos y la metrica para cada uno de los elementos del conjunto X a un modulo de calculo, en el que el modulo de calculo esta configurado para generar una lista de bits de datos probablemente contenidos dentro de la senal y.

6. Receptor de la reivindicacion 1, en el que el modulo (214) receptor lineal realiza una operacion lineal utilizando el algoritmo LLL en la matriz de canales del canal MIMO.

7. Un metodo en un receptor de entrada multiple salida multiple, MIMO, que comprende:

realizar una operacion lineal en una senal y (108) recibida a traves de dos o mas antenas (104) usando una matriz P para generar un vector z complejo, en el que la matriz P se genera utilizando un algoritmo de reduccion de celosfa realizado en una matriz de canal para un canal MIMO ; y

generar una lista de posibles vectores de datos y metricas a partir de la senal recibida escalando una matriz de aproximaciones enteras complejas de los componentes complejos del vector z, en donde la lista se genera mediante operaciones en el dominio complejo.

8. El metodo de la reivindicacion 7, que comprende ademas:

proporcionar un flujo de bits (110) blandos a un dispositivo (106) huesped, en el que los bits blandos se derivan de la lista de posibles vectores de datos y metricas.

9. El metodo de la reivindicacion 7, que comprende ademas retener vectores de datos correspondientes a modulacion de amplitud en cuadratura, QAM, sfmbolos y vectores de datos de descartar que no corresponden a sfmbolos QAM validos.

10. El metodo de la reivindicacion 7, que comprende ademas la modificacion de un algoritmo de reduccion de celosfa de Lenstra-Lenstra-Lavosz, LLL, utilizado para representar matrices de valores complejos.

11. El metodo de la reivindicacion 7, que comprende ademas:

obtener aproximaciones de enteros complejos a partir de un vector z de entrada, en el que el vector z de entrada se deriva de una reduccion de celos^a en una matriz H de canal y una operacion lineal en una senal y;

construir un conjunto X de posibles vectores de datos, en el que el conjunto X se construye definiendo primero un conjunto U de vectores S, los vectores S se componen de aproximaciones de los componentes complejos del vector z de entrada, y luego escalar el conjunto U con la matriz P derivada de reduccion de celosfa, obtenida de la reduccion de celosfa en la matriz H de canal;

proporcionar el conjunto X resultante de posibles vectores de datos y la metrica para cada elemento del conjunto X a un modulo de calculo, en el que el modulo de calculo esta configurado para generar una aproximacion suave de los bits de datos contenidos dentro de la senal y.

12. El metodo de la reivindicacion 11, en el que el vector de senal recibido y la matriz P se derivan utilizando un algoritmo de reduccion de celosfa en la matriz H del canal.

13. El metodo de la reivindicacion 11, en el que el conjunto X resultante de posibles vectores de datos excluye elementos que no corresponden a sfmbolos QAM validos.

14. El metodo de la reivindicacion 11, en el que el conjunto X resultante de posibles vectores de datos y una metrica correspondiente para cada elemento del conjunto X resultante se proporcionan a un calculador de bits blandos y estan adaptados para ser utilizados por el calculador de bits blandos para producir una corriente de posibles bits de datos.

15. Un sistema de comunicaciones de entrada multiple salida multiple, MIMO, el sistema comprende:

una constelacion de multiples antenas de transmision y recepcion; y

un modulo de descodificacion acoplado a la constelacion de multiples antenas de transmision y recepcion, el modulo de descodificacion incluye:

un receptor como se reivindica en cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6.