Método para ecualizar un canal de comunicación en un sistema de comunicación de múltiples portadorasmulticanal,

incluyendo el sistema de comunicación un filtro (90) de acortamiento de respuesta al impulso que tieneuna respuesta espectral deseada que cumple con una restricción espectral especificada y que está configurado pararecibir una señal de comunicación que se ha transmitido a través de dicho canal de comunicación, comprendiendo elmétodo medir una densidad espectral de potencia de ruido de la señal de comunicación recibida, estando el métodocaracterizado por:

calcular la respuesta espectral deseada que tiene una restricción de magnitud basándose en la densidad espectralde potencia de ruido medida;

seleccionar una respuesta de frecuencia de dicho filtro (90) de acortamiento de respuesta al impulso basándose enla respuesta espectral deseada; y

filtrar la señal de comunicación recibida con el filtro (90) de acortamiento de respuesta al impulso.

Filtro para acortamiento de respuesta al impulso, con restricciones espectrales adicionales, para transmisión de múltiples portadoras

Antecedentes

La invención se refiere a ecualización de dominio de tiempo en un receptor multitono discreto (DMT) .

Las técnicas de modulación de única portadora convencionales traducen bits de datos para su transmisión a través de un canal de comunicación variando la amplitud y/o fase de una única portadora sinusoidal. En cambio, DMT, que también se denomina multiplexación por división de frecuencias ortogonales (OFDM) o modulación multiportadora (MCM) , emplea un gran número de subportadoras sinusoidales, por ejemplo 128 ó 256 subportadoras. El ancho de banda disponible del canal de comunicación se divide en subcanales y cada subcanal comunica una parte de los datos. Un sistema de DMT puede emplear una modulación de amplitud en cuadratura (QAM) para cada una de las subportadoras.

Los sistemas basados en OFDM transmiten bloques de bits de información. El tiempo requerido para transmitir uno de estos bloques se denomina periodo de símbolo. La forma de onda de dominio de tiempo que corresponde a uno de estos bloques de bits se denomina símbolo.

La interferencia entre símbolos (ISI) surge de las características de canales de comunicación prácticos y limita la tasa de transmisión a la que la información puede transmitirse a través de los mismos. Específicamente, los canales de comunicación tienen normalmente una respuesta al impulso de tiempo discreto eficaz (EDIR) que es mayor que un tiempo de muestra en longitud, lo que provoca lSI. lSI es un fenómeno bien conocido en sistemas de comunicación de única portadora y existen muchas técnicas para reducirla. El proceso de tal reducción de lSI se denomina ecualización. lSI se trata, por ejemplo, en Proakis, Digital Communication, McGraw Hill, 2ª Edición, 1989.

La ecualización en sistemas basados en OFDM se consigue mediante un proceso de dos fases. En primer lugar, en el transmisor se emplea un prefijo cíclico (CP) fijando una parte de extremo de cada símbolo al comienzo del símbolo. Un prefijo cíclico que es mayor que la EDIR del canal impide que un símbolo interfiera con otro. Adicionalmente, también facilita un método sencillo de neutralizar el ensanchamiento de dominio de tiempo de cada símbolo forzado por el canal. Esto se consigue a través de un proceso de dominio de frecuencia sencillo en el receptor que requiere una operación de multiplicación para cada subportadora usada. El uso de un prefijo cíclico para reducir lSI se trata, por ejemplo, en: Cimini, “Analysis and Simulation of a Digital Mobile Channel using Orthogonal Frequency Division Multiplexing”, IEEE Transactions on communications, págs. 665-675, julio de 1985; Chow, “A Discrete Multi-Tone Transceiver System for HDSL applications”, IEEE Journal on Selected Areas of Communications, 9 (6) : 895-908, agosto de 1991; y “DMT Group VDSL PMD Draft Standard Proposal, “Technical Report, T1E1.4/96-329R2, ANSI 1997.

Otro problema que surge en los sistemas de DMT convencionales es el ruido superpuesto, que se produce cuando el ruido de una banda de frecuencia interfiere con una señal cuya subportadora está en otra banda de frecuencia. El ruido superpuesto está provocado, en general, por una operación de transformada discreta de Fourier (OFT) en el receptor. El ruido superpuesto se trata, por ejemplo, en Worthen et. al., “Simulation of VDSL Test Loops”, Technical ReportT1E1.4/97-288, ANSI 1997.

En un sistema de DMT perfectamente sincronizado, una señal en una banda de frecuencia no interfiere con una señal cuya subportadora está en otra banda de frecuencia. Sin embargo, el ruido de una banda puede interferir con otras bandas menos ruidosas y hacerlas inutilizables. Las técnicas para tratar el ruido superpuesto incluyen soluciones basadas en ondículas. Sin embargo, las soluciones basadas en ondículas son, en general, intensivas desde el punto de vista computacional.

Otras referencias que tratan la ecualización de dominio de tiempo incluyen: Chow, J. S. y Cioffi, J. M., “A Costeffective Maximum Likelihood Receiver for Multicarrier Sytems”, Proceedings of the ICC, 1992; Melsa, Peter J. W., Younce, Richard C., y Rohrs, Charles E., “Optimal Impulse Response Shortening”, Proceedings of the thirty-third Annual Allerton Conference on Communication, Control and Computing, 1995, págs. 431-438; Harikumar, Gopal y Marchok, Daniel, “Shortening of the Channel Impulse Response of VDSL Loops for Multicarrier Applications, ” Technical report T1E1 A/97-289, ANSI, 1997.

El documento EP 0 768 778 A1 describe una disposición en la que se usa una restricción de energía con el fin de garantizar que no se halla una solución para un vector de respuesta objetivo óptimo que sitúe toda la energía recibida en bandas de frecuencia no usadas. El documento WO 93/26096 describe un sistema en el que se optimiza un conjunto de parámetros para ecualizar una señal de datos de múltiples portadoras usando una señal predeterminada y codificada.

Sumario

La presente invención proporciona un método para ecualizar un canal de comunicación según la reivindicación 1. Se proporciona además un filtro de acortamiento de respuesta al impulso según la reivindicación 3 y un programa informático correspondiente según la reivindicación 6.

La invención proporciona un filtro según las reivindicaciones 3-5 que se denomina a continuación filtro de acortamiento de impulso espectralmente restringido (SCISF) que podría usarse, por ejemplo, en sistemas de DMT. El SCISF cumple dos funciones principales.

En primer lugar, el SCISF reduce la interferencia entre símbolos (lSI) reduciendo la longitud de la respuesta al impulso de tiempo discreto eficaz (EDIR) del canal de comunicación. Los filtros de acortamiento de impulso convencionales pueden tener nulos profundos en su respuesta de frecuencia. En cambio, el SCISF tiene una característica de filtro que está esencialmente libre de nulos no deseados que pueden atenuar o eliminar completamente determinadas subportadoras.

En segundo lugar, el SCISF reduce el ruido superpuesto entre los subcanales atenuando los canales ruidosos de una manera que no reduce la relación señal a ruido (SNR) en estos canales, pero reduce la potencia de ruido que puede aparecer en los lóbulos laterales de subcanales adyacentes. El SCISF realiza estas funciones aplicando una restricción de frecuencia a la señal basándose en una respuesta espectral deseada.

En un aspecto general, la invención presenta la ecualización de un canal según la reivindicación 1.

En otro aspecto general, la invención presenta un filtro de acortamiento de respuesta al impulso según la reivindicación 3.

En otro aspecto, la invención presenta un programa informático según la reivindicación 6.

Las técnicas descritas en el presente documento no se limitan a ninguna configuración de hardware o software particular. Pueden tener aplicabilidad en cualquier entorno informático o de procesamiento que puede usarse para un sistema de comunicación. Las técnicas pueden implementarse en hardware o software, o una combinación de los dos. Preferiblemente, las técnicas se implementan en programas informáticos que se ejecutan en un procesador de señal digital que incluye un procesador y un medio de almacenamiento legible por el procesador (incluyendo una memoria volátil y no volátil) .

La reivindicación 2 proporciona detalles adicionales del método según la reivindicación 1.

Las reivindicaciones 4 y 5 proporcionan detalles adicionales del filtro según la reivindicación 3.

La reivindicación 7 proporciona detalles adicionales del programa informático según la reivindicación 6.

Breve descripción de los dibujos

La figura 1 es un diagrama de bloques de un sistema de comunicación multitono discreto.

La figura 2 es una representación gráfica de la respuesta al impulso de tiempo discreto eficaz (EDIR) de un canal de comunicación que incluye filtros de transmisión y recepción. La figura 3 es una representación gráfica de una EDIR acortada debido a un filtro de acortamiento de impulso

espectralmente restringido (SCISF) . La figura 4 es un diagrama de bloques de un SCISF. La figura 5 es una representación gráfica de potencia... [Seguir leyendo]

1. Método para ecualizar un canal de comunicación en un sistema de comunicación de múltiples portadoras multicanal, incluyendo el sistema de comunicación un filtro (90) de acortamiento de respuesta al impulso que tiene una respuesta espectral deseada que cumple con una restricción espectral especificada y que está configurado para recibir una señal de comunicación que se ha transmitido a través de dicho canal de comunicación, comprendiendo el método medir una densidad espectral de potencia de ruido de la señal de comunicación recibida, estando el método caracterizado por:

calcular la respuesta espectral deseada que tiene una restricción de magnitud basándose en la densidad espectral de potencia de ruido medida;

seleccionar una respuesta de frecuencia de dicho filtro (90) de acortamiento de respuesta al impulso basándose en la respuesta espectral deseada; y

filtrar la señal de comunicación recibida con el filtro (90) de acortamiento de respuesta al impulso.

2. Método según la reivindicación 1, en el que el sistema de comunicación incluye una transformada discreta de Fourier y la densidad espectral de potencia de ruido se mide en una salida de la transformada discreta de Fourier, o en el que el sistema de comunicación incluye una transformada discreta de coseno y la densidad espectral de potencia de ruido se mide en una salida de la transformada discreta de coseno, o en el que el filtro de acortamiento de respuesta al impulso es un filtro digital de dominio de tiempo.

3. Filtro (90) de acortamiento de respuesta al impulso para ecualizar un canal en un sistema de comunicación de múltiples portadoras multicanal, estando el sistema de comunicación configurado para recibir una señal de comunicación que se ha transmitido a través de dicho canal, teniendo dicho canal una respuesta al impulso, comprendiendo el filtro:

una entrada conectada para recibir la señal de comunicación,

una estructura de filtro digital configurada para aplicar una característica de frecuencia a la señal de comunicación recibida, estando determinada la característica de frecuencia por coeficientes del filtro de acortamiento de respuesta al impulso, y

entradas (94) de coeficiente de filtro conectadas para recibir los coeficientes de filtro que se seleccionan para acortar la respuesta al impulso del al menos un canal para confinar una parte significativa de una energía de la respuesta al impulso de dicho canal a una región más corta que una longitud objetivo; y

caracterizado por aplicar una característica de frecuencia a la señal de comunicación recibida basándose en una respuesta espectral deseada de dicho filtro de acortamiento de respuesta al impulso que tiene una restricción de magnitud, estando basada la restricción de magnitud en una densidad espectral de potencia de ruido medida de la señal de comunicación recibida.

4. Filtro según la reivindicación 3, en el que la longitud objetivo es una longitud de un prefijo cíclico que se emplea en dicha señal de comunicación.

5. Filtro según la reivindicación 3, en el que la densidad espectral de potencia de ruido se mide en una salida de una transformada discreta de Fourier, o en el que la respuesta espectral deseada es la inversa de la densidad espectral de potencia de ruido medida.

6. Programa informático realizado en un medio legible por ordenador que comprende instrucciones para hacer que un procesador de señal en un sistema de comunicación de múltiples portadoras multicanal realice las siguientes operaciones:

medir una densidad espectral de potencia de ruido de una señal de comunicación recibida; y

calcular una respuesta espectral deseada, caracterizado porque la respuesta espectral deseada calculada se basa en la densidad espectral de potencia de ruido medida de la señal de comunicación recibida, teniendo la respuesta espectral deseada calculada una restricción de magnitud basada en la densidad espectral de potencia de ruido recibida medida.

7. Programa informático según la reivindicación 6, que comprende además instrucciones para hacer que dicho procesador calcule coeficientes de filtro basándose en la respuesta espectral deseada.