Un método para reducir la relación de potencia pico a potencia promedio PAPR utilizando tonos reservados en un aparato de transmisión de un sistema de comunicación de Multiplexación por División de Frecuencia Ortogonal OFDM,

el método comprende:

detectar (620) un intervalo de separación subportador y un número de símbolos espaciados basados en un patrón piloto predeterminado, y determinar (630) las posiciones de tonos reservados desplazados de acuerdo con el intervalo de separación del subportador detectado y el número de símbolos espaciados; determinar (640) una forma de onda de impulso obtenida al rotar una fase de un valor complejo de un impulso almacenado en una memoria, utilizando las posiciones determinadas de los tonos reservados de dominio de frecuencia de cada símbolo;

realizar un algoritmo de gradiente (650) para calcular un sustraendo para un PAPR de una señal de salida utilizando la forma de onda de impulso rotada de fase; y

reducir (660) un PAPR de una señal de entrada al agregar el sustraendo.

Aparato y método para reducir la relación de potencia pico a potencia promedio en un sistema de multiplexación por división de frecuencia ortogonal.

Campo de la invención 1. Campo de la invención La presente invención se relaciona de manera general con un sistema de comunicación móvil, y en particular, con un método y aparato para reducir la relación de potencia pico a potencia promedio (PAPR) en un sistema de Multiplexación por División de Frecuencia Ortogonal (OFDM) .

2. Descripción de la Técnica Relacionada El OFDM se aplica ampliamente a las tecnologías de transmisión digital tales como Radiodifusión de Audio Digital (DAB) , Televisión Digital, Red de Írea Local Inalámbrica (WLAN) , Modo de transferencia Asíncrono Inalámbrico (WATM) , etc. Aunque el esquema OFDM es similar al esquema de Multiplexación de División de Frecuencia (FDM) , el esquema OFDM tiene una característica que puede obtener la eficiencia de transmisión óptima durante la transmisión de datos a alta velocidad al transmitir los datos mientras que se mantiene la ortogonalidad entre los múltiples subportadores, y también puede obtener la eficiencia de transmisión óptima durante la transmisión de datos a alta velocidad ya que tiene alta eficiencia de frecuencia y es robusta contra el desvanecimiento multitrayecto.

Además, el OFDM tiene alta eficiencia de frecuencia y es robusto contra de desvanecimiento selectivo de frecuencia debido a que se utilizan espectros de frecuencia sobre una base de solapamiento, y puede reducir un efecto Interferencia de Símbolo Inter (ISI) al utilizar un intervalo de guarda. Adicionalmente, el OFDM permite diseño individual para una estructura de hardware de un ecualizador, y es robusto contra ruidos de impulso. Debido a tales ventajas, el OFDM se está utilizando activamente para los sistemas de comunicación.

Sin embargo, a pesar de sus muchas ventajas, el sistema OFDM provoca un alta relación de potencias pico a promedio (PAPR) debido a la modulación multi-portadora, es decir, debido a que el OFDM transmite datos utilizando múltiples portadores, la señal OFDM final tiene un cambio significativo, ya que la amplitud de señal llega a ser la suma de las amplitudes de los portadores. Además, si las fases de los portadores son coincidentes entre sí, la amplitud tiene un valor muy alto.

Tal una señal PAPR alta, sin embargo, puede salir de un rango de operación lineal de un Amplificador de Alta Potencia (HPA) . Por lo tanto, la señal PAPR alta puede sufrir de distorsión después de que pasa a través del HPA, provocando una reducción en el desempeño del sistema.

Para resolver los problemas de PAPR alta del sistema OFDM, se han proporcionado varias técnicas de reducción PAPR, e incluyen Clipping, Coding, SeLected Mapping (SLM) , Partial Transmit Sequence (PTS) , Tone Injection (TI) , Tone Reservation (TR) , etc.

De las técnicas de reducción de PAPR, el esquema TR reserva tonos L en los subportadores N, y no transmite datos sobre los tonos reservados L para reducir el PAPR. En este caso, un receptor no tiene en cuenta los tonos L que no han transmitido la señal de información, y restaura las señales de información solo sobre los tonos (N-L) , que contribuyen a una disminución en la complejidad de la estructura receptora.

Un algoritmo de gradiente es uno de los métodos típicos para utilizar los tonos reservados L para reducir el PAPR en el esquema TR. El algoritmo de gradiente se proporciona al aplicar un método similar a la técnica Clipping el esquema R.

El algoritmo de gradiente se utiliza para generar señales que tienen las características de impulso utilizando los tonos L que no transmiten señal de información, y para recortar señales de salida de la Transformada Rápida de Fourier Inversa (IFFT) . Si las señales que tienen las características de impulso se agregan a las señales de salida de IFFT, solo ocurre distorsión de datos sobre los tonos L, y no ocurre distorsión de datos en las otras regiones de frecuencia.

45 En la técnica Clipping, los ruidos generados por el recorte pueden afectar todos los subportadores. Sin embargo, en la técnica TR, los ruidos generados por el recorte afectan solo algunos subportadores reservados en lugar de afectar todos los subportadores.

El algoritmo de gradiente optimiza las formas de onda del impulso de tal manera que el pico de las señales de salida IFFT se reduce en el dominio de tiempo. Las señales reducidas con PAPR, que se generan al agregar una suma de las formas de onda del impulso optimizadas por el algoritmo de gradiente a las señales de salida de IFFT, se transmiten a un receptor.

Luego el receptor, debido a que ya tiene la información sobre las posiciones de los tonos L, solo necesita recibir los datos sobre los subportadores restantes excepto para los tonos reservados L.

Con referencia a los dibujos acompañantes, el método TR se describirá ahora.

La Figura 1 es un diagrama que ilustra una estructura de un transmisor basado en el esquema TR general.

Una señal de entrada en el punto (N-L) (X) 105 y una señal de tono reservado L 110 se introducen a una unidad de reserva de tono 120, y la unidad de reserva de tono 120 reserva la señal de tono reservado L 110 en una posición subportadora previamente acordada entre un transmisor y un receptor. En este caso, cero (0) se inserta en los tonos L, sin datos transmitidos al respecto. Cuando los datos paralelos X y una suma de los tonos reservados L, salen de la unidad de reserva de tono 120, se introducen a una unidad IFFT de punto N 130, la unidad IFFT de punto N 130 realiza un cálculo IFFT sobre los datos de entrada, y envía el resultado a un convertidor Paralelo Serie (P/S) 140.

Luego el convertidor P/S 140 genera una señal de salida de dominio de tiempo X al procesar la señal de salida. Luego, una unidad de algoritmo de gradiente 150 transmite una señal de transmisión X+C obtenida al agregar una señal C generada por la unidad de algoritmo de gradiente 150 a la señal de salida X de la unidad IFFT 130. En este caso, la unidad de algoritmo de gradiente 150 calcula la señal C de tal manera que se reduce un PAPR de la señal de salida X, utilizando una lectura de forma de onda de impulso desde una memoria 160.

Se determina la señal C agregada a tonos L para reducir el PAPR como sigue. Los subportadores L se reservan previamente y se utilizan para un código C; se fijan las posiciones de los subportadores L mediante la unidad de reserva de tono 120 durante su transmisión inicial y permanecen sin cambios durante la transmisión de datos. El código C se puede expresar como la Ecuación (1) .

En la Ecuación (1) , k denota un índice de la unidad de reserva de tono 120. En este caso, se reserva una señal de entrada X en un subportador diferente al código C como se muestra en la Ecuación (2) . "I" significa la posición de tono reservado en cada FFT.

Se logra la minimización de PAPR al optimizar estos subportadores L. C se optimiza por la Ecuación (3) de tal manera que PAPR es bajo.

En la Ecuación (3) , cn denota un valor del elemento nésimo de un vector de dominio de tiempo obtenido al realizar IFFT sobre un vector C. Para encontrar una señal optimizada de C, se realiza el cálculo de Ecuación (3) . Para resolver la Ecuación (3) , se debe realizar un cálculo lineal del complejo. En la implementación actual, sin embargo, se utiliza el algoritmo de gradiente, que puede obtener el rendimiento similar solo con un simple cálculo.

El código C se optimiza con el fin de anular el valor pico de un vector x. Si xclip se define como un vector donde x se recorta a un cierto nivel A, la Ecuación (4) se deriva de esto.

En la Ecuación (4) , ºi denota un calor de recorte, m, denota una posición donde se corta un vector correspondiente, y 5 denota una función de impulso.

Si c se define como en la Ecuación (5) adelante, se puede derivar la Ecuación (6) de esta, haciendo posible reducir el valor pico de un símbolo de transmisión.

Por lo tanto, c se puede interpretar como una suma de funciones de impulso retrasadas y escalada. Sin embargo, en el dominio de frecuencia, C = FFT (c) tiene un valor diferente a cero en posiciones más frecuentes, y distorsiona los valores de los símbolos de datos excepto para las posiciones reservadas L. Por lo tanto, en el dominio de frecuencia, una forma de onda que tiene una característica de una función de impulso, que se afecta solo... [Seguir leyendo]

1. Un método para reducir la relación de potencia pico a potencia promedio PAPR utilizando tonos reservados en un aparato de transmisión de un sistema de comunicación de Multiplexación por División de Frecuencia Ortogonal OFDM, el método comprende:

detectar (620) un intervalo de separación subportador y un número de símbolos espaciados basados en un patrón piloto predeterminado, y determinar (630) las posiciones de tonos reservados desplazados de acuerdo con el intervalo de separación del subportador detectado y el número de símbolos espaciados;

determinar (640) una forma de onda de impulso obtenida al rotar una fase de un valor complejo de un impulso almacenado en una memoria, utilizando las posiciones determinadas de los tonos reservados de dominio de frecuencia de cada símbolo;

realizar un algoritmo de gradiente (650) para calcular un sustraendo para un PAPR de una señal de salida utilizando la forma de onda de impulso rotada de fase; y reducir (660) un PAPR de una señal de entrada al agregar el sustraendo.

2. El método de la reivindicación 1, en donde las posiciones de tonos reservados desplazados se calculan utilizando 15 lo siguiente:

donde k denota un índice de una unidad de reserva de tono, L es un número de subportadores, S0 denota una posición de un tono reservado predeterminado, NRT denota el número de tonos reservados, DL denota el número de símbolos de datos, x denota un intervalo de separación de un subportador con base en un patrón piloto, y y denota el número de símbolos espaciados basados en el patrón piloto.

3. El método de la reivindicación 2, en donde las posiciones de tonos reservados con base en un símbolo predeterminado son posiciones que corresponden a los índices de tono subportador mostrados en la siguiente tabla:

(continuación)

4. Un aparato de transmisión para reducir la relación de potencia pico a potencia promedio PAPR utilizando tonos 5 reservados en un sistema de comunicación de Multiplexación por División de Frecuencia Ortogonal OFDM, el aparato comprende:

una memoria (560) para almacenar un número de y posiciones de tonos reservados asignados a un símbolo predeterminado, y una forma de onda de impulso basada en las posiciones de tonos reservados;

un controlador (570) para detectar un intervalo de separación subportador y un número de símbolos espaciados basados en un patrón piloto predeterminado, recibir desde la memoria (560) las posiciones de tonos reservados y la forma de onda de impulso que determina las posiciones de tonos reservados desplazados de acuerdo con el intervalo de separación del subportador detectado y el número de símbolos espaciados, y determinar una nueva forma de onda de impulso generada al rotar una fase de un valor complejo de acuerdo con las posiciones determinadas de los tonos reservados desplazados;

una unidad de reserva de tono (520) para reservar datos, pilotos, y los tonos reservados en una posición 5 subportadora para cada símbolo de acuerdo con una señal de control desde el controlador; y una unidad de algoritmo de gradiente (550) para calcular un sustraendo para un PAPR utilizando una forma de onda de impulso actualizada recibida desde el controlador, y agregar el sustraendo calculado para el PAPR a una señal de entrada.

5. El aparato de transmisión de la reivindicación 4, en donde el controlador (570) se adapta para calcular las 10 posiciones de tonos reservados desplazados utilizando lo siguiente:

donde k denota un índice de la unidad de reserva de tono, L es un número de subportadores, So denota una posición de un tono reservado predeterminado, NRT denota el número de tonos reservados, DL denota el número de símbolos de datos, x denota un intervalo de separación de un subportador con base en un patrón piloto, y y denota el número de símbolos espaciados basados en el patrón piloto.

6. El aparato de transmisión de la reivindicación 5, en donde las posiciones de tonos reservados con base en un símbolo predeterminado son posiciones que corresponden a índices de tono subportadores mostrados en la siguiente tabla:

7. Un método para recibir una señal OFDM que tiene una Relación de Potencias Pico a Promedio reducida, PAPR, Tamaño de FFT (Número de portadores reservados) Índices de portador reservado 1K (10) 109, 117, 122, 129, 139, 321, 350, 403, 459, 465 2K (18) 250, 404, 638, 677, 700, 712, 755, 952, 1125, 1145, 1190, 1276, 1325, 1335, 1406, 1431, 1472, 1481 4K (36) 170, 219, 405, 501, 597, 654, 661, 745, 995, 1025, 1319, 1361, 1394, 1623, 1658, 1913, 1961, 1971, 2106, 2117, 2222, 2228, 2246, 2254, 2361, 2468, 2469, 2482, 2637, 2679, 2708, 2825, 2915, 2996, 3033, 3119 8K (72) 111, 115, 123, 215, 229, 392, 613, 658, 831, 842, 997, 1503, 1626, 1916, 1924, 1961, 2233, 2246, 2302, 2331, 2778, 2822, 2913, 2927, 2963, 2994, 3087, 3162, 3226, 3270, 3503, 3585, 3711, 3738, 3874, 3902, 4013, 4017, 4186, 4253, 4292, 4339, 4412, 4453, 4669, 4910, 5015, 5030, 5061, 5170, 5263, 5313, 5360, 5384, 5394, 5493, 5550, 5847, 5901, 5999, 6020, 6165, 6174, 6227, 6245, 6314, 6316, 6327, 6503, 6507, 6545, 6565 16K (144) 109, 122, 139, 171, 213, 214, 251, 585, 763, 1012, 1021, 1077, 1148, 1472, 1792, 1883, 1889, 1895, 1900, 2013, 2311, 2582, 2860, 2980, 3011, 3099, 3143, 3171, 3197, 3243, 3257, 3270, 3315, 3436, 3470, 3582, 3681, 3712, 3767, 3802, 3979, 4045, 4112, 4197, 4409, 4462, 4756, 5003, 5007, 5036, 5246, 5483, 5535, 5584, 5787, 5789, 6047, 6349, 6392, 6498, 6526, 6542, 6591, 6680, 6688, 6785, 6860, 7134, 7286, 7387, 7415, 7417, 7505, 7526, 7541, 7551, 7556, 7747, 7814, 7861, 7880, 8045, 8179, 8374, 8451, 8514, 8684, 8698, 8804, 8924, 9027, 9113, 9211, 9330, 9479, 9482, 9487, 9619, 9829, 10326, 10394, 10407, 10450, 10528, 10671, 10746, 10774, 10799, 10801, 10912, 11113, 11128, 11205, 11379, 11459, 11468, 11658, 11776, 11791, 11953, 11959, 12021, 12028, 12135, 12233, 12407, 12441, 12448, 12470, 12501, 12548, 12642, 12679, 12770, 12788, 12899, 12923, 12939, 13050, 13103, 13147, 13256, 13339, 13409

(continuación)

utilizando tonos reservados en un aparato de recepción de un sistema de comunicación de Multiplexación por División de Frecuencia Ortogonal OFDM, el método comprende:

detectar (920) un intervalo de separación subportador y un número de símbolos espaciados basados en un patrón piloto disperso predeterminado, y determinar (930) posiciones de tonos reservados desplazados de acuerdo con el intervalo de separación del portador detectado y el número de símbolos espaciados; extraer señales de datos transmitidas en posiciones excepto para las posiciones de tonos reservados en cada símbolo utilizando la posición determinada de tonos reservados; y realizar (940) una demodulación en las señales de datos extraídos.

8. El método de la reivindicación 7, en donde las posiciones de tonos reservados desplazados se calculan utilizando la siguiente ecuación, donde k denota un índice de una unidad de reserva de tono, L es un número de subportadores, So denota una posición de un tono reservado predeterminado, NRT denota el número de tonos reservados, DL denota el número de símbolos de datos, x denota un intervalo de separación de un subportador con base en un patrón piloto, y y denota el número de símbolos espaciados basados en el patrón piloto.

9. El método de la reivindicación 8, en donde las posiciones de tonos reservados con base en un símbolo predeterminado son posiciones que corresponden a índices de tono subportadores mostrados en la siguiente tabla, 10. Un aparato de recepción para recibir una señal OFDM que tiene una Relación de Potencias Pico a Promedio reducida PAPR using tonos reservados en un sistema de comunicación de Multiplexación por División de Frecuencia Ortogonal OFDM, el aparato comprende:

una memoria (850) para almacenar un número de y posiciones de tonos reservados asignados a un símbolo predeterminado; un controlador (840) para detectar un intervalo de separación subportador y un número de símbolos espaciados basados en un patrón piloto disperso predeterminado, y determinar las posiciones de tonos reservados desplazados de acuerdo con el intervalo de separación del portador detectado y el número de símbolos espaciados;

un extractor de señal de tono de datos (820) para extraer señales de datos transmitidas en posiciones excepto para las posiciones de tonos reservados en cada símbolo utilizando la información sobre las posiciones de tonos reservados recibidos desde el controlador; y un demodulador de datos (830) para realizar demodulación en la salida de señales desde el extractor de señal de tono de datos 11. El aparato de recepción de la reivindicación 10, en donde el controlador (840) calcula las posiciones de tonos reservados desplazados utilizando la siguiente ecuación, donde k denota un índice de la unidad de reserva de tono, L es un número de subportadores, S0 denota una posición de un tono reservado predeterminado, NRT denota el número de tonos reservados, DL denota el número de símbolos de datos, x denota un intervalo de separación de un subportador con base en un patrón piloto, y y denota el número de símbolos espaciados basados en el patrón piloto.

12. El aparato de recepción de la reivindicación 11, en donde las posiciones de tonos reservados con base en un símbolo predeterminado son posiciones que corresponden a índices de tono subportadores mostrados en la siguiente tabla;

(continuación)

Tamaño de FFT (Número Índices de portador reservado de portadores reservados)

164, 320, 350, 521, 527, 578, 590, 619, 635, 651, 662, 664, 676, 691, 723, 940, 1280, 1326, 1509, 1520, 1638, 1682, 1805, 1833, 1861, 1891, 1900, 1902, 1949, 1967, 1978, 1998, 2006, 2087, 2134, 2165, 2212, 2427, 2475, 2555, 2874, 3067, 3091, 3101, 3146, 3188, 3322, 3353, 3383, 3503, 3523, 3654, 3856, 4150, 4158, 4159, 4174, 4206, 4318, 4417, 4629, 4631, 4875, 5104, 5106, 5111, 5131, 5145, 5146, 5177, 5181, 5246, 5269, 5458, 5474, 5500, 5509, 5579, 5810, 5823, 6058, 6066, 6098, 6411, 6741, 6775, 6932, 7103, 7258, 7303, 7413, 7586, 7591, 7634, 7636, 7655, 7671, 7675, 7756, 7760, 7826, 7931, 7937, 7951, 8017, 8061, 8071, 8117, 8317, 8321, 8353, 8806, 9010, 9237, 9427, 9453, 9469, 9525, 9558, 9574, 9584, 9820, 9973, 10011, 10043, 10064, 10066, 10081, 10136, 10193, 10249, 10511, 10537, 11083, 11350, 11369, 11428, 11622, 11720, 11924, 11974, 11979, 12944, 12945, 13009, 13070, 13110, 13257, 13364, 13370, 13449, 13503, 13514,

32K (288) 13520, 13583, 13593, 13708, 13925, 14192, 14228, 14235, 14279, 14284, 14370, 14393, 14407, 14422, 14471, 14494, 14536, 14617, 14829, 14915, 15094, 15138, 15155, 15170, 15260, 15283, 15435, 15594, 15634, 15810, 16178, 16192, 16196, 16297, 16366, 16498, 16501, 16861, 16966, 17039, 17057, 17240, 17523, 17767, 18094, 18130, 18218, 18344, 18374, 18657, 18679, 18746, 18772, 18779, 18786, 18874, 18884, 18955, 19143, 19497, 19534, 19679, 19729, 19738, 19751, 19910, 19913, 20144, 20188, 20194, 20359, 20490, 20500, 20555, 20594, 20633, 20656, 21099, 21115, 21597, 22139, 22208, 22244, 22530, 22547, 22562, 22567, 22696, 22757, 22798, 22854, 22877, 23068, 23102, 23141, 23154, 23170, 23202, 23368, 23864, 24057, 24215, 24219, 24257, 24271, 24325, 24447, 25137, 25590, 25702, 25706, 25744, 25763, 25811, 25842, 25853, 25954, 26079, 26158, 26285, 26346, 26488, 26598, 26812, 26845, 26852, 26869, 26898, 26909, 26927, 26931, 26946, 26975, 26991, 27039

SEÑAL DE SALIDA SEÑAL DE TONO MEMORIA RESERVADA (L)

UNIDAD DE RESERVA DE TONO (N)

IFFT DE PUNTO N

CONVERTIDOR P/S

ALGORITMO DE GRADIENTE SEÑAL TX

SEÑAL DE SALIDA SEÑAL DE TONO MEMORIA RESERVADA (L)

UNIDAD DE RESERVA DE TONO (N)

IFFT DE PUNTO N

CONVERTIDOR P/S

ALGORITMO DE GRADIENTE SEÑAL TX