ESTIMACION DE LA DISPERSION DOPPLER PARA SISTEMAS OFDM.
Método de estimación de un valor de dispersión Doppler de un canal en un sistema de Multiplexado por División de Frecuencia Ortogonal (OFDM),
en el que el canal comprende una pluralidad de frecuencias portadoras, comprendiendo el método:
determinar un valor que representa una dispersión del retardo del canal;
seleccionar un conjunto de dos o más frecuencias portadoras de entre la pluralidad de frecuencias portadoras;
estimar un valor de dispersión Doppler para cada una de las frecuencias portadoras seleccionadas; y
producir una estimación del valor de dispersión Doppler del canal combinando los valores estimados de dispersión Doppler de cada una de las frecuencias portadoras seleccionadas, caracterizado porque:
el valor que representa la dispersión del retardo del canal se usa en el método para influir en cómo se estima la dispersión Doppler de tal manera que el tiempo usado para la estimación de la dispersión Doppler se reduce en caso de que se incremente la dispersión del retado
Tipo: Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: W06003175EP.
Solicitante: TELEFONAKTIEBOLAGET LM ERICSSON (PUBL).
Nacionalidad solicitante: Suecia.
Dirección: PATENT UNIT,164 83 STOCKHOLM.
Inventor/es: WILHELMSSON,LEIF.
Fecha de Publicación: .
Fecha Concesión Europea: 30 de Septiembre de 2009.
Clasificación Internacional de Patentes:
- H04L25/02C5
- H04L27/26M5
Clasificación PCT:
- H04L25/02 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 25/00 Sistemas de banda base. › Detalles.
- H04L27/26 H04L […] › H04L 27/00 Sistemas de portadora modulada. › Sistemas utilizando códigos de frecuencias múltiples (H04L 27/32 tiene prioridad).
Fragmento de la descripción:
Estimación de la dispersión Doppler para sistemas OFDM.
La presente invención se refiere a comunicaciones digitales en las que se utiliza el Multiplexado por División de Frecuencia Ortogonal (OFDM), y más particularmente a la estimación o cálculo de la dispersión Doppler de un canal de OFDM.
En las comunicaciones inalámbricas, el canal típicamente varía con el tiempo. Esto puede ser debido al movimiento del transmisor, al movimiento del receptor, y/o a cambios en el entorno de comunicaciones. Para sistemas celulares (tales como el Sistema Global para comunicación con Móviles (GSM) y el sistema de Acceso Múltiple por División de Código de Banda Ancha (WCDMA)) y para sistemas de radiodifusión (tales como la Radiodifusión de Audio Digital (DAB) y la Radiodifusión de Vídeo Digital (DVB)), el motivo principal de la elevada dispersión Doppler es un movimiento de velocidad relativamente alta del terminal de comunicaciones. Las normativas para la DAB y la DVB exigen el uso del OFDM en la comunicación de información desde el transmisor a un receptor.
En un sistema OFDM, un canal comprende una serie de subportadoras (a las que, en lo sucesivo, se hará referencia simplemente como "portadoras") que se modulan de forma independiente, cada una por sus propios datos. La modulación se puede realizar según una serie de técnicas bien conocidas, tales como la Modulación de Amplitud en Cuadratura (QAM) o la Modulación por Desplazamiento n-ario de Fase (n-PSK). La señal de banda base en un sistema OFDM es entonces la suma de estas subportadoras moduladas. La señal de banda base se usa entonces para modular una señal de radiofrecuencia (RF) principal. Un aspecto importante de la desmodulación de una señal de este tipo (que recupera de este modo la señal de banda base subyacente) conlleva el procesado de la misma mediante una Transformada Rápida de Fourier (FFT). Una ventaja de comunicarse por medio del OFDM es que permite una comunicación a través de canales altamente dispersivos en el tiempo usando una complejidad razonable en el lado del receptor.
El considerar o no altamente dispersivo en el tiempo a un canal depende de la velocidad de símbolos que use el sistema. Como regla general, un canal se podría considerar como no dispersivo si la raíz cuadrática media (rms) de la dispersión del retardo del canal es menor que el 10% de la duración de los símbolos. De este modo, las ventajas del OFDM se acentúan a medida que aumenta la velocidad de datos soportada, que es exactamente el caso correspondiente a la mayoría de los sistemas emergentes.
La forma de gestionar dispersiones elevadas del retardo para un sistema basado en el OFDM es hacer uso de un intervalo de guarda (GI). El GI (al que se hace referencia también en la bibliografía como "prefijo cíclico", o "CP") es simplemente una copia de la última parte de un símbolo OFDM que se envía antes que el símbolo real. Esto se ilustra esquemáticamente en la Fig. 1, que muestra una serie de símbolos. Un símbolo a modo de ejemplo de entre los símbolos 101 incluye una última porción 103 que se transmite como parte de un intervalo 105 de guarda precedente (en la figura, el tiempo fluye de izquierda a derecha). Se forman de modo similar otros intervalos de guarda a partir de porciones extremas de sus símbolos inmediatamente sucesivos.
Es bien sabido que, para un sistema basado en el OFDM, el efecto del canal dispersivo en el tiempo, conocido como interferencia entre símbolos (ISI), se puede evitar siempre que la longitud del GI, TG, sea por lo menos tan prolongada como la duración (máxima) de la respuesta a impulsos del canal, designada en lo sucesivo como Tm. Debido a la capacidad de un sistema OFDM de gestionar dispersiones elevadas del retardo, el mismo resulta muy adecuado para las denominadas Redes de Frecuencia Única (SFN), que se podrían usar para la radiodifusión. (En una red de frecuencia única, transmisores espaciados geográficamente funcionan sobre una misma frecuencia. Para reducir la interferencia, los mismos se sincronizan entre sí en el tiempo).
Supóngase que la parte portadora de información del OFDM comienza en t=0, y que la longitud del intervalo de guarda es TG. Si el canal tiene una dispersión de retardo máxima, Tm, el requisito sobre el inicio de la ventana FFT viene dado por
De este modo, siempre que Tm < TG es posible evitar la ISI, si t se selecciona según la ecuación (1). No obstante, si Tm > TG, la cuestión es seleccionar t de tal manera que se minimice el efecto de la ISI. Para sistemas diseñados para ser usados en una SFN, el intervalo de guarda es típicamente tan grande que la primera situación es la más probable.
Ahora, tal como se ha descrito anteriormente, es posible una recepción exenta de ISI siempre que Tm < TG. No obstante, esto requiere identificar el inicio exacto de la parte portadora de información de la señal. Por esta razón, los receptores OFDM incluyen disposiciones para estimar la temporización y la frecuencia de la señal recibida.
Para mejorar adicionalmente el rendimiento, los receptores OFDM incluyen típicamente estimadores de canales, cuya función es determinar dinámicamente la respuesta del canal. A continuación, esta información se usa para posibilitar que el receptor procese la señal recibida de una manera que compense los efectos de la dispersión en el tiempo, del canal.
Una forma convencional de determinar la respuesta de un canal en un receptor OFDM es dedicar determinadas de las portadoras para ser usadas en el transporte de señales piloto. Las señales piloto contienen información conocida que permite que el estimador de canales determine la respuesta de un canal a esa frecuencia portadora comparando la señal recibida realmente con la señal que se sabe que ha sido transmitida (es decir, la que el receptor habría esperado recibir en unas condiciones ideales del canal). Las portadoras que transportan las señales piloto están separadas entre sí en frecuencia en una magnitud que permite estimar de forma precisa la respuesta de canal de portadoras situadas entre las portadoras piloto, interpolando las respuestas de canal determinadas para las portadoras piloto.
La Fig. 2 es un diagrama de bloques de un receptor OFDM ilustrativo. Una señal analógica, r(t), generada mediante la recepción y la conversión en sentido descendente (o bien a una frecuencia intermedia o bien a banda base) de una señal de radiofrecuencia, se suministra a un conversor analógico-a-digital (A/D) 201. La señal digitalizada, r(k), se suministra a continuación a una unidad 203 de estimación aproximada de la temporización y la frecuencia, que genera una estimación aproximada de la deriva de temporización y frecuencia de la señal recibida. (La deriva de frecuencia es la diferencia entre la frecuencia de la señal transmitida y la frecuencia de la señal recibida). Esta información se suministra a una unidad 205 de corrección de frecuencia así como a una unidad 207 de eliminación del GI. La unidad 207 de eliminación del GI recibe también la salida de la unidad 205 de corrección de frecuencia. Basándose en la mejor información disponible de temporización y frecuencia, la unidad 207 de eliminación del GI elimina el GI y suministra la parte de información de la señal recibida a una unidad 209 de FFT, cuya salida se suministra al resto del receptor, incluyendo una unidad 211 de estimación de temporización y frecuencia con precisión mejorada, que puede generar información más precisa de temporización y frecuencia a partir de la señal de salida de la FFT. La información de frecuencia más precisa se realimenta hacia la unidad 205 de corrección de frecuencia para mejorar su rendimiento. La información de temporización más precisa se realimenta de modo similar hacia la unidad 207 de eliminación del GI para mejorar su rendimiento.
La salida de la unidad 209 de FFT se suministra también hacia un estimador 213 de canales, que genera una estimación completa de la respuesta del canal por interpolación, tal como se ha explicado anteriormente.
La rapidez con la que cambia el canal se mide frecuentemente con la denominada dispersión Doppler o la frecuencia Doppler máxima, fD. La frecuencia Doppler se define como
Reivindicaciones:
1. Método de estimación de un valor de dispersión Doppler de un canal en un sistema de Multiplexado por División de Frecuencia Ortogonal (OFDM), en el que el canal comprende una pluralidad de frecuencias portadoras, comprendiendo el método:
2. Método de la reivindicación 1, en el que la selección del conjunto de dos o más frecuencias portadoras de entre la pluralidad de frecuencias portadoras comprende:
3. Método de la reivindicación 2, en el que la selección del conjunto de dos o más frecuencias portadoras únicamente de entre el conjunto de frecuencias piloto continuas asociadas al canal comprende:
4. Método de la reivindicación 1, en el que la selección del conjunto de dos o más frecuencias portadoras de entre la pluralidad de frecuencias portadoras comprende:
5. Método de la reivindicación 1, en el que la selección del conjunto de dos o más frecuencias portadoras de entre la pluralidad de frecuencias portadoras comprende:
6. Método de la reivindicación 1, en el que la estimación del valor de dispersión Doppler para cada una de las frecuencias portadoras seleccionadas comprende:
7. Método de la reivindicación 6, en el que la selección del conjunto de dos o más frecuencias portadoras de entre la pluralidad de frecuencias portadoras comprende:
8. Método de la reivindicación 1, en el que la estimación del valor de dispersión Doppler para cada una de las frecuencias portadoras seleccionadas comprende:
9. Método de la reivindicación 8, en el que la medición de cruces por cero de señales recibidas sobre las frecuencias portadoras seleccionadas durante el espacio de tiempo, Tmed, se restringe mediante un criterio de histéresis.
10. Método de la reivindicación 1, en el que la combinación de los valores estimados de dispersión Doppler de cada una de las frecuencias portadoras seleccionadas comprende promediar los valores estimados de dispersión Doppler de cada una de las frecuencias portadoras seleccionadas.
11. Método de la reivindicación 1, en el que la combinación de los valores estimados de dispersión Doppler de cada una de las frecuencias portadoras seleccionadas comprende determinar un promedio ponderado de los valores estimados de dispersión Doppler de cada una de las frecuencias portadoras seleccionadas.
12. Método de la reivindicación 11, en el que en la determinación del promedio ponderado, cada uno de los valores estimados de dispersión Doppler se pondera en función de una medición de la calidad de la señal de la frecuencia portadora seleccionada asociada al valor estimado de la dispersión Doppler.
13. Aparato para la estimación de un valor de dispersión Doppler de un canal en un sistema de Multiplexado por División de Frecuencia Ortogonal (OFDM), en el que el canal comprende una pluralidad de frecuencias portadoras, comprendiendo el aparato:
en el que el aparato incluye lógica que usa el valor que representa la dispersión del retardo del canal para influir en cómo se estima la dispersión Doppler de tal manera que el tiempo usado para la estimación de la dispersión Doppler se reduce en caso de que se incremente la dispersión del retado.
14. Aparato de la reivindicación 13, en el que la lógica que selecciona el conjunto de dos o más frecuencias portadoras de entre la pluralidad de frecuencias portadoras comprende:
15. Aparato de la reivindicación 14, en el que la lógica que selecciona el conjunto de dos o más frecuencias portadoras únicamente de entre el conjunto de frecuencias piloto continuas asociadas al canal comprende:
16. Aparato de la reivindicación 13, en el que la lógica que selecciona el conjunto de dos o más frecuencias portadoras de entre la pluralidad de frecuencias portadoras comprende:
17. Aparato de la reivindicación 13, en el que:
en el que N es una función del valor que representa la dispersión del retardo del canal.
18. Aparato de la reivindicación 13, en el que:
en el que el espacio de tiempo, Tmed, es una función del valor que representa la dispersión del retardo del canal.
19. Aparato de la reivindicación 18, en el que:
en el que N es una función del valor que representa la dispersión del retardo del canal.
20. Aparato de la reivindicación 13, en el que la lógica que estima el valor de dispersión Doppler para cada una de las frecuencias portadoras seleccionadas comprende:
21. Aparato de la reivindicación 20, en el que la lógica que mide cruces por cero de señales recibidas sobre las frecuencias portadoras seleccionadas durante el espacio de tiempo, Tmed, se restringe mediante un criterio de histéresis.
22. Aparato de la reivindicación 13, en el que la lógica que combina los valores estimados de dispersión Doppler de cada una de las frecuencias portadoras seleccionadas comprende lógica que promedia los valores estimados de dispersión Doppler de cada una de las frecuencias portadoras seleccionadas.
23. Aparato de la reivindicación 13, en el que la lógica que combina los valores estimados de dispersión Doppler de cada una de las frecuencias portadoras seleccionadas comprende:
24. Aparato de la reivindicación 23, en el que la lógica que determina el promedio ponderado pondera cada uno de los valores estimados de dispersión Doppler en función de una medición de la calidad de la señal de la frecuencia portadora seleccionada asociada al valor estimado de la dispersión Doppler.
25. Soporte de almacenamiento legible por máquina que tiene almacenado en el mismo un conjunto de instrucciones para la estimación de un valor de dispersión Doppler de un canal en un sistema de Multiplexado por División de Frecuencia Ortogonal (OFDM), en el que el canal comprende una pluralidad de frecuencias portadoras, consiguiendo el conjunto de instrucciones que un procesador realice un proceso que comprende:
en el que el valor que representa la dispersión del retardo del canal se usa en el proceso para influir en cómo se estima la dispersión Doppler de tal manera que el tiempo usado para la estimación de la dispersión Doppler se reduce en caso de que se incremente la dispersión del retado.
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