SEÑAL MULTIPORTADORA CON PILOTOS REPARTIDOS CONCEBIDA PARA LIMITAR LA INTERFERENCIA QUE AFECTA A DICHOS PILOTOS.
Procedimiento de transmisión de una señal multiportadora formada por una sucesión temporal de símbolos constituidos por un conjunto de elementos de datos,
modulando cada uno de los citados elementos de datos una frecuencia portadora de la citada señal, comprendiendo los citados elementos de datos, por una parte, elementos de referencia denominados pilotos, cuyo valor en la emisión es conocido al menos por un receptor destinado a efectuar una recepción de la citada señal y, por otra, por elementos de datos informativos, cuyo valor en la emisión no es conocido previamente por el citado o los citados receptores, denominándose portadora a una de las citadas frecuencias portadoras modulada, en un instante dado, por uno de los elementos de datos,
caracterizado porque, para al menos uno de los citados pilotos (20), el citado procedimiento:
- determina un conjunto de portadoras (21 a 28) próximas al citado piloto (20) en el espacio tiempo-frecuencia y moduladas cada una por uno de los citados elementos de datos informativos;
- impone al menos una limitación sobre el valor de al menos uno de los citados elementos de datos informativos que modulan las portadoras del citado conjunto de portadoras, en función de los otros elementos de datos informativos que modulan las portadoras del citado conjunto de portadoras
Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/FR01/02936.
Solicitante: FRANCE TELECOM
TELEDIFFUSION DE FRANCE SA
WAVECOM.
Nacionalidad solicitante: Francia.
Dirección: 6, PLACE D'ALLERAY,75015 PARIS.
Inventor/es: COMBELLES, PIERRE, ALARD, MICHEL, LACROIX-PENTHER,DOMINIQUE.
Fecha de Publicación: .
Fecha Concesión Europea: 24 de Febrero de 2010.
Clasificación PCT:
- H04L27/26 ELECTRICIDAD. › H04 TECNICA DE LAS COMUNICACIONES ELECTRICAS. › H04L TRANSMISION DE INFORMACION DIGITAL, p. ej. COMUNICACION TELEGRAFICA (disposiciones comunes a las comunicaciones telegráficas y telefónicas H04M). › H04L 27/00 Sistemas de portadora modulada. › Sistemas utilizando códigos de frecuencias múltiples (H04L 27/32 tiene prioridad).
Clasificación antigua:
- H04L27/26 H04L 27/00 […] › Sistemas utilizando códigos de frecuencias múltiples (H04L 27/32 tiene prioridad).
Fragmento de la descripción:
Señal multiportadora con pilotos repartidos concebida para limitar la interferencia que afecta a dichos pilotos.
El ámbito de la invención es la transmisión y la difusión de informaciones digitales. La invención concierne especialmente, pero no exclusivamente, a la transmisión y la difusión de informaciones digitales de gran eficacia espectral, en una banda de frecuencia limitada, por ejemplo en entorno radiomóvil.
La técnica de la modulación multiportadora, asociada por ejemplo a una técnica de codificación correctora de error y a un entrelazamiento, aporta una solución eficaz al problema de la difusión o de la transmisión de informaciones, por ejemplo en entorno radiomóvil. Así, la técnica de la modulación COFDM (en inglés "Coded Orthogonal Frequency Division Multiplexing") ha sido reservada para las normas DAB (en inglés "Digital Audio Broadcasting", radiodifusión sonora digital), DVB-T (en inglés "Digital Video Broadcasting - Terrestrial", difusión de televisión digital terrestre) e HIPERLAND/2 (en inglés "High Performance Local Area Network", red local inalámbrica de alta velocidad).
La modulación multiportadora utilizada en el sistema COFDM, descrita por ejemplo en el documento de patente francesa nº FR 2 765 757, comprende un sistema de ecualización particularmente simple, basado en la inserción de un intervalo de guarda. Este intervalo de guarda, denominado también prefijo cíclico, asegura un buen comportamiento frente a los ecos, a costa de una pérdida de eficacia espectral. En la perspectiva de evitar esta pérdida, o al menos reducirla, están actualmente en estudio nuevas modulaciones multiportadoras. Entre éstas, la invención se refiere de modo más particular a la modulación OFDM/OQAM (en inglés "Orthogonal Frequency Division Multiplexing/Offset Quadrature Amplitude Modulation") en la cual las portadoras son puestas en forma por la función prototipo iota. Se recuerda que la función prototipo iota, descrita por ejemplo en el documento de patente nº FR 2 733 869, tiene la característica de ser idéntica a su transformada de Fourier. La invención se aplica también, naturalmente, a cualquier otro tipo de modulación multiportadora, especialmente de tipo OFDM/OQAM, cualquiera que sea la función prototipo asociada.
El procedimiento de puesta en forma de una señal eléctrica a partir de la información que hay que transmitir, depende, naturalmente, de las condiciones en las cuales una señal de este tipo es transmitida. A continuación se recuerdan, por tanto, sucintamente las características de un canal de transmisión, especialmente en entorno radiomóvil, con el fin de comprender mejor el interés de la utilización, en un canal de este tipo, de modulaciones multiportadoras.
En entorno radiomóvil, la onda emitida experimenta, durante su recorrido, múltiples reflexiones, y el receptor, por tanto, recibe una suma de versiones retardadas de la señal emitida. Cada una de estas versiones resulta atenuada y desfasada de modo aleatorio. Este fenómeno, conocido con el nombre de distorsión del retardo (en inglés "delay spread"), genera interferencia entre símbolos (IES). Por ejemplo, en un entorno de tipo urbano, la distorsión del retardo es del orden de, o inferior a, algunos microsegundos.
Suponiendo que el receptor (por ejemplo el radioteléfono móvil de un automovilista) esté en movimiento, el efecto Doppler actúa igualmente en cada trayecto, lo que se traduce en un desfase en frecuencia del espectro recibido, proporcional a la velocidad de desplazamiento del receptor. Se observará que existen igualmente otros tipos de efecto Doppler, pudiendo ser tenidos en cuenta todos por la técnica puesta en práctica de acuerdo con la invención.
La conjugación de estos efectos se traduce en un canal de transmisión no estacionario, que presenta profundas atenuaciones a ciertas frecuencias (se obtiene, por tanto, un canal selectivo en frecuencia). Para ciertas aplicaciones, particularmente interesantes en el marco de la invención, la banda de transmisión es de anchura superior a la banda de coherencia del canal (es decir, a la banda en la cual la respuesta frecuencial del canal puede ser considerada como constante, durante una duración dada). En la banda aparecen por tanto atenuaciones, es decir que en un instante dado, ciertas frecuencias de la banda resultan muy atenuadas.
Para combatir estos diferentes fenómenos (debidos a la IES y al efecto Doppler), se ha considerado, especialmente en los sistemas de tipo OFDM, añadir un intervalo de guarda, durante el cual no se transmiten informaciones, con el fin de garantizar que todas las informaciones recibidas provengan de un mismo símbolo. En el caso de una desmodulación coherente de las subportadoras, se corrige entonces la distorsión aportada por el canal estimando su valor en cualquier punto de la red tiempo-frecuencia.
La introducción de un intervalo de guarda de este tipo permite reducir los problemas ligados a la interferencia entre símbolos, pero un inconveniente de esta práctica de la técnica anterior es que ésta es de eficacia espectral reducida, no siendo transmitida ninguna información durante la duración del intervalo de guarda.
En el marco de la invención, se ha buscado, por tanto, una técnica que permita reducir la interferencia entre símbolos que afecte a las señales multiportadoras, sin introducir intervalo de guarda.
Con el fin de comprender mejor los fenómenos de interferencia entre símbolos y/o entre portadoras de un múltiplex, se recuerdan seguidamente las características principales de una modulación multiportadora. Una modulación multiportadora es ante todo una modulación digital, es decir un procedimiento de generación de una señal electromagnética, a partir de una información digital que hay que transmitir. La originalidad, y el interés, de una modulación de este tipo es recortar la banda de frecuencia asignada a la señal en una pluralidad de sub-bandas, elegidas de anchura inferior a la banda de coherencia del canal, y en las cuales el canal puede ser considerado entonces como constante durante la duración de transmisión de un símbolo. La información digital que hay que transmitir durante esta duración queda repartida entonces en cada una de las sub-bandas, con el fin de:
- disminuir la rapidez de modulación (es decir, aumentar la duración símbolo), sin modificar el caudal transmitido;
- modelar simplemente la acción del canal en cada una de las sub-bandas, habiendo recurrido al módulo del multiplicador complejo.
En recepción, un sistema poco complejo de corrección de los datos recibidos (consistente en efectuar una división compleja por el canal estimado) permite recuperar de modo satisfactorio la información emitida en cada una de las portadoras, salvo en las portadoras que hayan experimentado una atenuación profunda. En este caso, si no se toma ninguna medida de protección de la información, se perderán los datos transportados por estas portadoras. Así pues, un sistema de multiportadoras es únicamente interesante si la generación de la señal eléctrica va precedida de tratamientos digitales de los datos, tales como, por ejemplo, una codificación correctora de errores y/o un entrelaza- miento.
Actualmente, se conocen dos tipos de modulación multiportadora ortogonal, descritos, por ejemplo, en el documento de patente nº FR 2 733 869, y cuyas características se recuerdan seguidamente.
El conjunto de las portadoras de una modulación multiportadora forma un múltiplex. Cada una de las portadoras de este múltiplex es puesta en forma con la ayuda de una misma función prototipo, indicada por g(t), que caracteriza la modulación multiportadora. Se indicará por v0 el espaciamiento entre dos portadoras adyacentes del múltiplex, y por t0 el espaciamiento temporal entre dos símbolos de multiportadoras emitidos. La señal emitida, en cada instante nt0, en la emésima sub-banda de frecuencia central vm, es
Se observará que, en aras de la simplificación, se ha considerado aquí el caso de una señal que presenta un número par de sub-bandas de frecuencia. Naturalmente, puede escribirse de modo más general la señal en la forma:
Reivindicaciones:
1. Procedimiento de transmisión de una señal multiportadora formada por una sucesión temporal de símbolos constituidos por un conjunto de elementos de datos, modulando cada uno de los citados elementos de datos una frecuencia portadora de la citada señal, comprendiendo los citados elementos de datos, por una parte, elementos de referencia denominados pilotos, cuyo valor en la emisión es conocido al menos por un receptor destinado a efectuar una recepción de la citada señal y, por otra, por elementos de datos informativos, cuyo valor en la emisión no es conocido previamente por el citado o los citados receptores, denominándose portadora a una de las citadas frecuencias portadoras modulada, en un instante dado, por uno de los elementos de datos,
caracterizado porque, para al menos uno de los citados pilotos (20), el citado procedimiento:
- determina un conjunto de portadoras (21 a 28) próximas al citado piloto (20) en el espacio tiempo-frecuencia y moduladas cada una por uno de los citados elementos de datos informativos;
- impone al menos una limitación sobre el valor de al menos uno de los citados elementos de datos informativos que modulan las portadoras del citado conjunto de portadoras, en función de los otros elementos de datos informativos que modulan las portadoras del citado conjunto de portadoras.
2. Procedimiento de transmisión de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque el citado conjunto de elementos de datos informativos comprende al menos los citados elementos de datos informativos que pertenecen a la primera corona de portadoras que rodea al citado piloto en el espacio tiempo-frecuencia.
3. Procedimiento de transmisión de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 y 2, caracterizado porque la citada señal es de tipo OFDM/OQAM.
4. Procedimiento de transmisión de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque la citada señal es de la forma:
donde g es una función prototipo predeterminada tal que las citadas portadoras son ortogonales, y donde los términos am,n son reales y representan los citados elementos de datos, siendo t0 la duración de uno de los símbolos y siendo v0 el espaciamiento entre las citadas frecuencias portadoras, con 1/(v0t0)=2, y donde
5. Procedimiento de transmisión de acuerdo con la reivindicación 4, caracterizado porque la citada señal respeta la limitación siguiente:
y donde Ag es la función de ambigüedad de la citada función g, siendo mo y n0 característicos del citado piloto para el cual se quiere anular la interferencia.
6. Procedimiento de transmisión de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 4 y 5, caracterizado porque la citada función g es una función par, real e isótropa.
7. Procedimiento de transmisión de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 4 a 6, caracterizado porque la citada función g es la función iota.
8. Procedimiento de transmisión de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado porque la citada limitación es respetada poniendo en práctica una transformación lineal, que permite fijar un grado de libertad en un conjunto de al menos una corona que comprende las citadas portadoras vecinas del citado piloto (m0, n0).
9. Procedimiento de transmisión de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 5 a 8, caracterizado porque la citada limitación es respetada poniendo en práctica una transformación lineal, que permite fijar un grado de libertad en una corona que comprende las citadas portadoras directamente vecinas del citado piloto (m0,n0).
10. Procedimiento de transmisión de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 8 y 9, caracterizado porque la citada transformación es unitaria.
11. Procedimiento de transmisión de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10, caracterizado porque la energía asociada a cada uno de los citados pilotos es sensiblemente superior a la energía media de las citadas portadoras moduladas por un elemento de datos informativo.
12. Procedimiento de transmisión de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11, caracterizado porque los citados pilotos forman un motivo regular en el espacio tiempo-frecuencia, estando separados dos pilotos consecutivos en el espacio tiempo, por una parte y en el espacio frecuencia, por otra, por al menos dos portadoras.
13. Procedimiento de transmisión de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque los citados elementos de datos informativos que pertenecen a un conjunto de al menos una corona que comprende las citadas portadoras vecinas de un piloto determinado forman un primer vector, obtenido efectuando el producto de una matriz determinada de anulación de interferencia y de un segundo vector constituido por un conjunto de elementos de datos informativos fuentes, estando fijado el valor de al menos uno de los citados elementos de datos informativos fuentes.
14. Procedimiento de transmisión de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque la citada matriz es unitaria, dependiendo el valor de los coeficientes de la citada matriz de una función prototipo asociada a la citada señal multiportadora, y porque al menos uno de los citados elementos de datos informativos fuentes es igual a cero.
15. Procedimiento de transmisión de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque la citada matriz es simétrica y ortonormal.
16. Procedimiento de recepción de una señal multiportadora formada por una sucesión temporal de símbolos constituidos por un conjunto de elementos de datos, modulando cada uno de los citados elementos de datos una frecuencia portadora de la citada señal, comprendiendo los citados elementos de datos, por una parte, elementos de referencia denominados pilotos, cuyo valor en la emisión es conocido al menos por un receptor destinado a efectuar una recepción de la citada señal y, por otra, por elementos de datos informativos, cuyo valor en la emisión no es conocido previamente por el citado o los citados receptores, denominándose portadora a una de las citadas frecuencias portadoras modulada, en un instante dado, por uno de los elementos de datos,
caracterizado porque el citado procedimiento pone en práctica una estimación de la función de transferencia de un canal de transmisión, que comprende una etapa de determinación del valor de al menos ciertos coeficientes de la citada función de transferencia, que pone en práctica, para al menos algunos de los citados pilotos, una división del valor de los citados elementos de referencia en recepción por el valor conocido de los citados elementos de referencia en la emisión, con el fin de obtener una buena estimación del citado canal,
y porque el citado procedimiento tiene en cuenta, durante una etapa de desmodulación y/o de descodificación de los citados elementos de datos informativos, al menos una limitación sobre el valor de al menos uno de los citados elementos de datos informativos que modulan las portadoras de un conjunto de portadoras, impuesto en emisión, en función de los otros elementos de datos informativos que modulan las portadoras del citado conjunto de portadoras, estando formado el citado conjunto por las portadoras (21 a 28) próximas a un piloto (20) en el espacio tiempo-frecuencia y moduladas cada una por uno de los citados elementos de datos informativos.
17. Procedimiento de recepción de acuerdo con la reivindicación 16, caracterizado porque comprende, además, una etapa de interpolación en tiempo y en frecuencia de los citados coeficientes, con el fin de obtener una estimación del citado canal en el conjunto del espacio tiempo-frecuencia.
18. Procedimiento de recepción de acuerdo con la reivindicación 17, caracterizado porque la citada etapa de interpolación comprende una subetapa de interpolación en tiempo y una subetapa de interpolación en frecuencia.
19. Procedimiento de recepción de acuerdo con la reivindicación 17, caracterizado porque la citada etapa de interpolación consiste en realizar una interpolación simultánea en tiempo y en frecuencia.
20. Procedimiento de recepción de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 17 a 19, caracterizado porque la citada etapa de interpolación pone en práctica una subetapa de filtrado digital.
21. Procedimiento de recepción de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 16 a 20, caracterizado porque comprende, además, una etapa de recuperación de los citados elementos de datos informativos fuentes, según la cual se aplica a un vector recibido correspondiente al citado primer vector una matriz inversa de la citada matriz determinada de anulación de interferencia.
22. Receptor de una señal multiportadora formada por una sucesión temporal de símbolos constituidos por un conjunto de elementos de datos, modulando cada uno de los citados elementos de datos una frecuencia portadora de la citada señal, comprendiendo los citados elementos de datos, por una parte, elementos de referencia denominados pilotos, cuyo valor en la emisión es conocido al menos por un receptor destinado a efectuar una recepción de la citada señal y, por otra, por elementos de datos informativos, cuyo valor en la emisión no es conocido previamente por el citado o los citados receptores, denominándose portadora a una de las citadas frecuencias portadoras modulada, en un instante dado, por uno de los elementos de datos,
caracterizado porque el citado receptor comprende medios de estimación de la función de transferencia de un canal de transmisión, que comprende medios de determinación del valor de al menos ciertos coeficientes de la citada función de transferencia, que pone en práctica, para al menos algunos de los citados pilotos, una división del valor de los citados elementos de referencia en recepción por el valor conocido de los citados elementos de referencia en la emisión, con el fin de obtener una buena estimación del citado canal,
y porque el citado receptor comprende medios de desmodulación y/o de descodificación de los citados elementos de datos informativos, que tienen en cuenta al menos una limitación sobre el valor de al menos uno de los citados elementos de datos informativos que modulan las portadoras de un conjunto de portadoras, impuesto en emisión, en función de los otros elementos de datos informativos que modulan las portadoras del citado conjunto de portadoras, estando formado el citado conjunto por las portadoras (21 a 28) próximas a un piloto (20) en el espacio tiempo-frecuencia y moduladas cada una por uno de los citados elementos de datos informativos.
23. Dispositivo de emisión de una señal multiportadora formada por una sucesión temporal de símbolos constituidos por un conjunto de elementos de datos, modulando cada uno de los citados elementos de datos una frecuencia portadora de la citada señal, comprendiendo los citados elementos de datos, por una parte, elementos de referencia denominados pilotos, cuyo valor en la emisión es conocido al menos por un receptor destinado a efectuar una recepción de la citada señal y, por otra, por elementos de datos informativos, cuyo valor en la emisión no es conocido previamente por el citado o los citados receptores, denominándose portadora a una de las citadas frecuencias portadoras modulada, en un instante dado, por uno de los elementos de datos,
caracterizado porque el citado dispositivo comprende:
- medios para determinar un conjunto de portadoras (21 a 28) próximas a un piloto (20) en el espacio tiempo-frecuencia y moduladas cada una por uno de los citados elementos de datos informativos;
- medios para imponer al menos una limitación sobre el valor de al menos uno de los citados elementos de datos informativos que modulan las portadoras del citado conjunto de portadoras, en función de los otros elementos de datos informativos que modulan las portadoras del citado conjunto de portadoras.
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