CONTROL DE POTENCIAY ASIGNACIÓN DE SUBPORTADORAS, DEPENDIENTES DE EFECTO DOPPLER, EN SISTEMAS DE ACCESO MÚLTIPLE POR OFDM.

Un procedimiento de transmisión de símbolos de datos digitales desde un transceptor hasta al menos dos transceptores remotos en un sistema de comunicaciones inalámbricas,

empleando dicha transmisión multiplexación por división ortogonal en frecuencia, en el que cierto número de subportadoras disponibles son compartidas entre dichos transceptores remotos, comprendiendo el procedimiento las etapas de: - proporcionar (101) información acerca de magnitudes (fD,1, fD,2) de efecto Doppler experimentado por dichos transceptores remotos; - asignar (102) subportadoras a cada transceptor remoto en función de dicha información acerca de magnitudes (fD,1, fD,2) de efecto Doppler; y - controlar (103, 104, 105) un nivel de potencia transmitido a cada uno de dichos transceptores remotos en función de dicha información acerca de magnitudes (fD,1, fD,2) de efecto Doppler

Campo técnico de la invención La invención se refiere a un procedimiento de transmisión de símbolos de datos digitales desde un transceptor hasta al menos dos transceptores remotos en un sistema de comunicaciones inalámbricas, empleando dicha transmisión multiplexación por división ortogonal en frecuencia, en el que cierto número de subportadoras disponibles son compartidas entre dichos transceptores remotos. La invención se refiere además a un transceptor destinado a transmitir símbolos de datos digitales a al menos dos transceptores remotos en un sistema de comunicaciones inalámbricas, y a un programa informático y soporte legible por ordenador correspondientes.

Descripción de la técnica relacionada Diversas aplicaciones inalámbricas, tales como aplicaciones multimedia, vídeo y radiodifusión, comunicación móvil, etc. están siendo cada vez más requeridas para procedimientos de comunicación de banda ancha. La multiplexación por división ortogonal en frecuencia (OFDM) es una prometedora técnica de acceso para varias de estas aplicaciones inalámbricas de alto caudal de transferencia. Ésta permite la transmisión de elevados caudales de transferencia de datos sobre canales altamente dispersivos en el tiempo con una comparable baja complejidad y ha sido elegida como procedimiento de transmisión para diferentes concepciones de redes de área local inalámbricas (WLAN), diferentes estándares para radiodifusión digital de vídeo, como DVB-T y DVB-H, y radiodifusión digital de audio, tal como DAB. Además, el proyecto de consorcio para la tercera generación o Third Generation Partnership Project (3GPP) está considerando la OFDM como una prometedora tecnología de acceso radio para la evolución a largo plazo de sistemas móviles de tercera generación (3G), que está proyectada para garantizar la competitividad a largo plazo del estándar 3G. Esta evolución a largo plazo también es denominada en ocasiones Súper 3G. OFDM se puede considerar como una tecnología de acceso radio para sistemas móviles de cuarta generación (4G).

Una ventaja de usar OFDM comparado con otras técnicas es obtenida cuando el canal es altamente selectivo en frecuencia. Para técnicas con monoportadora, un canal altamente selectivo en frecuencia suele implicar que es necesario un ecualizador de canales muy complejo para conseguir comunicaciones fiables. Para un sistema basado en OFDM, que es un sistema multiportadora, esto se evita transmitiendo la información sobre muchas subportadoras ortogonales. En un sistema multiportadora, la velocidad de símbolo sobre cada subportadora puede ser inferior y la más larga duración de símbolo resultante hace más fácil ofrecer una inmunidad más elevada contra la dispersión multitrayecto. Además, para facilitar la compensación de los efectos de un canal multitrayecto, los símbolos OFDM son prologados artificialmente mediante adición, a cada símbolo, de lo que se denomina un prefijo cíclico (CP), también conocido como intervalo de guarda (GI). Cuando la longitud de este intervalo de guarda es más larga que la máxima dispersión por retardo del canal, todas las reflexiones de anteriores símbolos pueden ser eliminadas.

Es crítico para que un sistema OFDM funcione convenientemente que se conserve la ortogonalidad entre las subportadoras.

Si no se logra esto, entonces el rendimiento se degrada considerablemente. Existen diferentes motivos por los que podría perderse la ortogonalidad entre las subportadoras, por ejemplo, error en frecuencia, deriva de tiempo, ruido de fase y, quizá el más importante, dispersión Doppler. La dispersión Doppler se experimenta, por ejemplo, cuando el receptor está en movimiento y la señal recibida consta de varios trayectos, llegando cada uno de ellos con diferentes ángulos.

El número de subportadoras en un sistema OFDM es un compromiso entre capacidad de tratar una gran dispersión por retardo y capacidad de trabajar bien a elevados niveles de Doppler. Cuando se emplea un gran número de subportadoras, la duración de la parte útil del símbolo OFDM será grande y, por lo tanto, se puede usar un gran intervalo de guarda sin causar demasiada tara (overhead). Por otra parte, en este caso se disminuye el espaciamiento entre subportadoras y, por ello, el sistema se vuelve más sensible a, especialmente, el efecto Doppler.

El problema con el efecto Doppler se debe principalmente a la interferencia entre portadoras (ICI). Esto significa que información procedente de una subportadora se infiltra en las subportadoras vecinas. El efecto de la ICI es fundamentalmente que la interferencia causará un ruido de fondo. Por lo tanto, si el nivel de Doppler es elevado, se debe usar un esquema de modulación más robusto de modo que se disminuya el caudal efectivo, o se debe implementar algún tipo de cancelación de ICI en el receptor, lo que implica que la complejidad del receptor se incrementa sustancialmente.

Si se conserva la ortogonalidad entre las subportadoras y el canal cambia lo suficientemente despacio de modo que el conocimiento del canal está disponible en el transmisor, es posible usar un alfabeto de modulación más grande sobre aquellas subportadoras en las que la relación señal a ruido (SNR) es grande y un alfabeto de modulación más robusto (más pequeño) sobre aquellas subportadoras en las que la SNR es pequeña. Esta manera de usar el canal suele denominarse water-filling o bit-loading. Cuando se usa OFDM para acceso múltiple, es decir, cuando las señales transmitidas están destinadas a cierto número de diferentes receptores, también se puede aplicar una idea similar al bit-loading, a saber, asignando las diferentes subportadoras a los usuarios dependiendo de la apariencia que tiene el canal para los diferentes usuarios en diferentes subportadoras. Si bien este planteamiento podría dar buenos resultados, resulta bastante complejo e implica que debe conocerse el canal con precisión. De manera especial, este último podría suponer un problema en caso de que el canal cambie rápidamente. Igualmente, el efecto Doppler no sólo es un problema porque resulte más difícil estimar la apariencia que tiene el canal, también es un problema que incide en el rendimiento por la infiltración anteriormente mencionada desde una subportadora a las subportadoras vecinas.

Un problema con la solución descrita es que el número de subportadoras según se ha mencionado es un compromiso entre capacidad de tratar la dispersión por retardo y elevados niveles de Doppler. Este compromiso no se puede hacer usuario a usuario, sino que debe hacerse para la situación del "caso más desfavorable" cuando están presentes muchos usuarios. Esto implica que si los usuarios se ven afectados de muy diferente manera por el efecto Doppler, ésta no se puede explotar de forma eficaz. Asimismo, parece que como los algoritmos de tipo bitloading para acceso múltiple están basados en la apariencia que tiene el canal, no tomar en cuenta estos varios usuarios debido a elevados niveles de Doppler podría tener un rendimiento mediocre a pesar de un canal muy bueno.

El documento EP-A-1538802 desvela un sistema de comunicaciones móviles por OFDM que atribuye subportadoras a estaciones móviles tomando en cuenta la dispersión Doppler.

"A New Transmission and Multiple Access Scheme based on Multicarrier CDMA for Future Highly Mobile Networks", Luis Loyola y col., 14th IEEE 2003 International Symposium on Personal, Indoor and Mobile Radio Communication Proceedings, ISBN 0-7803-7822-9, desvela un sistema DS-CDMA (Direct Sequence Code Division Multiple Access o acceso múltiple por división de código de secuencia directa) multiportadora, en el que los usuarios móviles son divididos en tres clases de movilidad para usuarios de baja, media y alta velocidad.

A los usuarios de media y alta velocidad se les asignan subportadoras que no son consecutivas y, para reducir más aún la interferencia entre portadoras, se asignan a diferentes usuarios diferentes códigos de ensanchamiento. Sin embargo, este procedimiento no es adecuado para un sistema OFDM plano.

Por lo tanto, es un objeto de la invención proporcionar un procedimiento que mejore la recepción de señales OFDM para transceptores que se mueven a alta velocidad y experimentan así un elevado efecto Doppler, sin degradar la calidad de recepción para transceptores con bajo o ningún efecto Doppler.

Compendio De acuerdo con la invención, el objeto se logra porque el procedimiento comprende las etapas de proporcionar información acerca de magnitudes de efecto Doppler experimentado por dichos transceptores remotos; asignar... [Seguir leyendo]

1. Un procedimiento de transmisión de símbolos de datos digitales desde un transceptor hasta al menos dos transceptores remotos en un sistema de comunicaciones inalámbricas, empleando dicha transmisión multiplexación por división ortogonal en frecuencia, en el que cierto número de subportadoras disponibles son compartidas entre dichos transceptores remotos, comprendiendo el procedimiento las etapas de:

• proporcionar (101) información acerca de magnitudes (fD,1, fD,2) de efecto Doppler experimentado por dichos transceptores remotos;

• asignar (102) subportadoras a cada transceptor remoto en función de dicha información acerca de magnitudes (fD,1, fD,2) de efecto Doppler; y

• controlar (103, 104, 105) un nivel de potencia transmitido a cada uno de dichos transceptores remotos en función de dicha información acerca de magnitudes (fD,1, fD,2) de efecto Doppler.

2. Un procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque la etapa de asignar subportadoras comprende la etapa de separar al menos subportadoras asignadas a un transceptor remoto para el que se experimenta una magnitud relativamente elevada (fD,1, fD,2) de efecto Doppler en al menos una subportadora asignada a un transceptor remoto para el que se experimenta una magnitud (fD,1, fD,2) más baja de efecto Doppler.

3. Un procedimiento según la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque la etapa de asignar subportadoras comprende las etapas de:

• asignar subportadoras al transceptor remoto para el que se experimenta la más elevada magnitud de efecto Doppler;

• asignar subportadoras al transceptor remoto para el que se experimenta la segunda magnitud de efecto Doppler más elevada; y

• asignar reiteradamente subportadoras al transceptor remoto para el que se experimenta la siguiente magnitud de efecto Doppler más elevada, hasta que hayan sido asignadas todas las subportadoras.

4. Un procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque la etapa de asignar subportadoras comprende la etapa de separar subportadoras para cada transceptor remoto tanto como sea posible.

5. Un procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque la etapa de asignar subportadoras comprende la etapa de separar subportadoras para cada transceptor remoto en una medida en que una cantidad de autointerferencia para ese receptor se mantiene por debajo de un límite predefinido.

6. Un procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque la etapa de asignar subportadoras comprende las etapas de:

• dividir transceptores remotos en un primer grupo de transceptores remotos que experimentan magnitudes relativamente elevadas de efecto Doppler y un segundo grupo de transceptores remotos que experimentan magnitudes relativamente bajas de efecto Doppler; y

• entrelazar subportadoras asignadas a transceptores remotos de dicho primer grupo con subportadoras

7. Un procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque la etapa de controlar niveles de potencia comprende las etapas de:

• estimar (103), a partir de dicha información acerca de magnitudes (fD,1, fD,2) de efecto Doppler, un nivel de interferencia entre portadoras experimentada por cada transceptor remoto;

• estimar (104), a partir de dichos niveles estimados de interferencia entre portadoras, una relación señal a ruido para cada transceptor remoto; y

• actualizar (105) dicho nivel de potencia transmitido a cada transceptor remoto en función de dichas relaciones señal a ruido estimadas.

8. Un procedimiento según la reivindicación 7, caracterizado porque la etapa de actualizar niveles de potencia comprende la etapa de incrementar el nivel de potencia transmitido a transceptores remotos para los que

9. Un procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizado porque la etapa de proporcionar información acerca de magnitudes (fD,1, fD,2) de efecto Doppler comprende la etapa de estimar en el transceptor dichas magnitudes a partir de símbolos de datos digitales recibidos desde dichos transceptores remotos.

10. Un procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizado porque la etapa de proporcionar información acerca de magnitudes (fD,1, fD,2) de efecto Doppler comprende la etapa de recibir dicha información desde dichos transceptores remotos.

11. Un transceptor para transmitir símbolos de datos digitales a al menos dos transceptores remotos en un sistema de comunicaciones inalámbricas, empleando dicho transceptor multiplexación por división ortogonal en frecuencia, en el que cierto número de subportadoras disponibles son compartidas entre dichos transceptores remotos, el transceptor comprende:

• circuitos (24; 34) para proporcionar información acerca de magnitudes (fD,1, fD,2) de efecto Doppler experimentado por dichos transceptores remotos;

• una unidad de asignación (120) para asignar subportadoras a cada transceptor remoto en función de dicha información acerca de magnitudes (fD,1, fD,2) de efecto Doppler; y

• un controlador de potencia (21) para controlar un nivel de potencia transmitido a cada uno de dichos transceptores remotos en función de dicha información acerca de magnitudes (fD,1, fD,2) de efecto Doppler.

12. Un transceptor según la reivindicación 11, caracterizado porque la unidad de asignación (20) se dispone para separar al menos subportadoras asignadas a un transceptor remoto para el que se experimenta una magnitud (fD,1, fD,2) relativamente elevada de efecto Doppler en al menos una subportadora asignada a un transceptor remoto para el que se experimenta una magnitud (fD,1, fD,2) más baja de efecto Doppler.

13. Un transceptor según la reivindicación 11 ó 12, caracterizado porque la unidad de asignación (20) se dispone para:

• asignar subportadoras al transceptor remoto para el que se experimenta la más elevada magnitud de efecto Doppler;

• asignar subportadoras al transceptor remoto para el que se experimenta la segunda magnitud de efecto Doppler más elevada; y

• asignar reiteradamente subportadoras al transceptor remoto para el que se experimenta la siguiente magnitud de efecto Doppler más elevada, hasta que hayan sido asignadas todas las subportadoras.

14. Un transceptor según una cualquiera de las reivindicaciones 11 a 13, caracterizado porque la unidad de asignación (20) se dispone para separar subportadoras para cada transceptor remoto tanto como sea posible.

15. Un transceptor según una cualquiera de las reivindicaciones 11 a 13, caracterizado porque la unidad de asignación (20) se dispone para separar subportadoras para cada transceptor remoto en una medida en que una cantidad de autointerferencia para ese receptor se mantiene por debajo de un límite predefinido.

16. Un transceptor según una cualquiera de las reivindicaciones 11 a 13, caracterizado porque la unidad de asignación (20) se dispone para:

• dividir transceptores remotos en un primer grupo de transceptores remotos que experimentan magnitudes relativamente elevadas de efecto Doppler y un segundo grupo de transceptores remotos que experimentan magnitudes relativamente bajas de efecto Doppler; y

• entrelazar subportadoras asignadas a transceptores remotos de dicho primer grupo con subportadoras asignadas a transceptores remotos de dicho segundo grupo.

17. Un transceptor según una cualquiera de las reivindicaciones 11 a 16, caracterizado porque el controlador de potencia (21) se dispone para:

• estimar, a partir de dicha información acerca de magnitudes (fD,1, fD,2) de efecto Doppler, un nivel de interferencia entre portadoras experimentada por cada transceptor remoto;

• estimar, a partir de dichos niveles estimados de interferencia entre portadoras, una relación señal a ruido para cada transceptor remoto; y

• actualizar dicho nivel de potencia transmitido a cada transceptor remoto en función de dichas relaciones señal a ruido estimadas.

18. Un transceptor según la reivindicación 17, caracterizado porque el controlador de potencia (21) se dispone para actualizar niveles de potencia incrementando el nivel de potencia transmitido a transceptores remotos para los que dicha relación señal a ruido estimada está por debajo de un valor de referencia predefinido.

19. Un transceptor según una cualquiera de las reivindicaciones 11 a 18, caracterizado porque los circuitos (24) para proporcionar información acerca de magnitudes (fD,1, fD,2) de efecto Doppler se disponen para estimar dichas magnitudes a partir de símbolos de datos digitales recibidos desde dichos transceptores remotos.

20. Un transceptor según una cualquiera de las reivindicaciones 11 a 18, caracterizado porque los circuitos (34) para proporcionar información acerca de magnitudes (fD,1, fD,2) de efecto Doppler se disponen para recibir dicha información desde dichos transceptores remotos.

21. Un programa informático que comprende medios de código de programa para realizar las etapas de una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10 cuando dicho programa informático es ejecutado en un ordenador.

22. Un soporte legible por ordenador que lleva almacenados medios de código de programa para realizar el procedimiento de una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10 cuando dichos medios de código de programa son ejecutados en un ordenador.