Método de estimación ciega de parámetros de modulación OFDM según un criterio de máxima de verosimilitud.

Método de estimación ciega de al menos un parámetro (θ) de modulación de una señal OFDM que comprende una pluralidad de símbolos OFDM,

en el que la señal OFDM es muestreada en banda de base durante un periodo de observación dado To 0 T para obtener una pluralidad de muestras y se calcula, para una pluralidad de valores de dicho parámetro y un bloque de símbolos de modulación (a k,n ) , de una constelación de modulación, una función de coste (Ω) que depende de una distancia entre un vector y constituido por la pluralidad de muestras y un vector Hθ a donde a está constituido por los símbolos de dicho bloque y H θ es una matriz que representa la modulación de las subportadoras del múltiplex OFDM por dichos símbolos de modulación, dependiendo dicha matriz de dicho parámetro a estimar, siendo hecha la media de dicha función de coste para cada valor del parámetro en un conjunto de bloques de símbolos posibles para obtener un valor medio **Fórmula** de la función de coste, siendo obtenida la estimación del parámetro como el valor del parámetro (θ)que corresponde al valor medio más débil **Fórmula**..

Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/EP2009/061873.

Solicitante: COMMISSARIAT A L'ENERGIE ATOMIQUE ET AUX ENERGIES ALTERNATIVES.

Nacionalidad solicitante: Francia.

Dirección: BATIMENT "LE PONANT D" 25, RUE LEBLANC 75015 PARIS FRANCIA.

Inventor/es: JALLON,PIERRE, CIBLAT,PHILIPPE, BOUZEGZI,Abdelaziz.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • H04L27/26 SECCION H — 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; selección H04Q). › H04L 27/00 Sistemas de portadora modulada. › Sistemas utilizando códigos de frecuencias múltiples (H04L 27/32 tiene prioridad).

PDF original: ES-2382681_T3.pdf

 

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Fragmento de la descripción:

Método de estimación ciega de parámetros de modulación OFDM según un criterio de máxima de verosimilitud.

Campo técnico

La presente invención se refiere a un método de estimación ciega de parámetros de modulación OFDM (Orthogonal Frequency Division Muitiplex)

Estado de la técnica anterior La modulación OFDM es muy conocida por el estado de la técnica y se emplea en numerosos sistemas de telecomunicaciones tales como DVB-T, ADSL, Wi-Fi (IEEE 802 a/g) , WiMax (IEEE 802.16) . Presenta la ventaja de una buena eficacia espectral y de una buena protección contra los desvanecimientos selectivos en frecuencia.

Se recuerda que en un sistema OFDM, los símbolos de información a transmitir se agrupan por bloques de N símbolos, donde N es generalmente una potencia de 2, siendo obtenidos los símbolos OFDM efectuando una IFFT (Inverse Fast Fourier Transform) en dichos bloques de símbolos de información. Generalmente, se vuelve a añadir un prefijo cíclico por encima de cada símbolo OFDM para absorber la interferencia de intersímbolo o ISI y facilitar la igualdad en la recepción. La señal OFDM constituida par estos símbolos OFDM puede ser eventualmente trasladada después en frecuencia.

De manera general, la señal emitida por un sistema OFDM puede ser representada en banda de base por:

n EN -1 -2il NT (t -DT -k (N + D) T )

c c

sa (t) =ºg (t -k (N + D) Tc ) ·ºak , ne (1) Nk n=0

donde E es la potencia de la señal, N es el número de portadoras del múltiplex OFDM, ak n son los símbolos de , información relativos al bloque k , que pertenece a un alfabeto de modulación M-ésimo, típicamente BPSK, QPSK o QAM, 1/T es el caudal de los símbolos de información donde T es el tiempo "bribe" o "chip", D es el tamaño

cc

del prefijo cíclico expresado en número de bribes, g (t) es una impulsión de puesta en forma de los símbolos OFDM que tiene un soporte temporal [0, (N +D) T ] destinado a apodizar el espectro de la señal.

c

Se ha representado de manera esquemática una señal OFDM en la figura 1. Está constituida por una secuencia de símbolos OFDM, presentando cada símbolo una duración total (N +D) T cuya duración útil NT y un intervalo cc

de guardia de duración Tprefix = DTc , en el que se encuentra el prefijo cíclico. Se recuerda que, de manera clásica, el prefijo cíclico es una copia del fin del símbolo OFDM en el interior del intervalo de guardia. En ciertos sistemas OFDM, los prefijos cíclicos son simplemente omitidos, dicho de otro modo las partes útiles de los símbolos son separadas por unos intervalos de guardia "vacíos". Esta técnica de transmisión permite también eliminar la interferencia de intersímbolo pero no hace fácil la igualación de la señal.

Después de la propagación en el canal de transmisión, la señal OFDM recibida por el receptor puede expresarse por:

ya (t) = h C sa (t) + b (t) (2)

donde h Cs es la convolución entre la señal OFDM emitida, s (t) es la respuesta impulsional del canal de aa

transmisión h (t) , y b (t) es una función aleatoria que describe el ruido. Se supondrá que la longitud de la respuesta impulsional es inferior a la duración del intervalo de guardia, de manera que se podrá hacer abstracción de la interferencia intersímbolo (ISI) .

La figura 2 representa de manera esquemática la estructura de un receptor OFDM.

Después de la demodulación eventual en banda de base, la señal recibida es muestreada en 210 en la frecuencia chip, y después las muestras son sometidas a una conversión serie/paralelo en 220 para formar bloques de N + D muestras. Las D primeras muestras que corresponden al intervalo de guardia son rechazadas y el bloque de las N muestras restantes que corresponden a la parte útil del símbolo OFDM es sometido a una FFT en 230. Los símbolos demodulados obtenidos son sometidos después a una conversión en serie en 240.

En definitiva, suponiendo que el receptor esté bien sincronizado en tiempo y en frecuencia, los símbolos demodulados pueden expresarse por:

âk , n = hnak.n + bk.n (3)

donde hn es un coeficiente complejo que depende de la respuesta impulsional del canal de transmisión, y bk, n es una variable aleatoria que representa una muestra de ruido.

El buen funcionamiento de este receptor necesita una sincronización precisa en tiempo y en frecuencia. En efecto, se comprende que una mala sincronización en tiempo conllevará un deslizamiento temporal progresivo de la ventana de truncamiento y una mala sincronización en frecuencia, una rotación en fase de las muestras, que puede 2il.fnT

c

ser representada por un factor multiplicativo e donde .f es el desfase de frecuencia entre la frecuencia de demodulación del receptor y la frecuencia portadora del múltiplex OFDM.

La sincronización temporal y frecuencial del receptor generalmente se realiza gracias a la adquisición de una secuencia de aprendizaje.

El funcionamiento de este detector supone por supuesto que se conocen los parámetros de la señal OFDM transmitida (dicho de otra modo los parámetros de los símbolos OFDM) . Por parámetros de la señal OFDM se entiende aquí el número N de subportadoras, la duración útil NT de un símbolo o de manera equivalente el c

espaciamiento frecuencial 1/NTC entre subportadoras, la duración del intervalo de guardia DT y/o el período de c

repetición (N +D) T de estos símbolos.

c

Muy a menudo, el receptor no conoce a priori los parámetros de la señal OFDM y se debe proceder a su estimación a ciegas, previamente a cualquier demodulación.

Varios métodos han sido propuestos a este efecto. Explotan la presencia del prefijo cíclico en la señal OFDM y las propiedades de cicloestacionaridad que derivan de este. Las estimaciones de los parámetros están basadas en la función de autocorrelación de la señal OFDM. Se encontrará un ejemplo de tal método de estimación en el artículo de P. Liu et al. titulado A blind time-parameters estimation scheme for OFDM in multipath channel, publicado en Proc. 2005 Int'l Conference on Information, Communications and Signal Processing, vol. 1, págs. 242-247, 23-26 de septiembre de 2005.

Estos métodos de estimación presentan no obstante el inconveniente de necesitar adquirir un número elevado de símbolos OFDM para efectuar el cálculo de la función de autocorrelación. Además, estos métodos no funcionan en el caso, evocado anteriormente, en el que la señal OFDM está desprovista de prefijos cíclicos. No funcionan bien incluso en absoluto cuando la relación entre la duración del prefijo y la del símbolo OFDM, D / (D + N) , es débil. En efecto, en este caso el pico secundario de la función de autocorrelación, debido a la ciclostacionaridad de la señal, se atenúa incluso desaparece en el ruido. Es entonces imposible determinar precisamente la diferencia entre el pico principal y el pico secundario que permite estimar el parámetro NT .

c

El documento YUCEK T ET AL: A novel sub-optimum maximum-likelihood modulation classification algorithm for adaptive OFDM systems muestra un método de estimación a ciegas de la modulación de una señal OFDM.

La finalidad de la presente invención es por lo tanto proponer un método de estimación a ciegas de parámetros de una señal OFDM que no representa los inconvenientes precitados.

Una finalidad subsidiaria de la presente invención es permitir una sincronización temporal y frecuencial del receptor OFDM que sea rápido y no necesite secuencia de aprendizaje.

Exposición de la invención La presente invención se define según un primer modo de realización por un método de estimación ciega de al menos un parámetro de una señal OFDM que comprende una pluralidad de símbolos OFDM, en el que la señal OFDM es muestreada en banda de base durante un período de observación dado para obtener una pluralidad de muestras y que se calcula, para una pluralidad de valores de dicho parámetro y un bloque de símbolos de modulación de una constelación de modulación, una función de coste que depende de una distancia entre un vector y constituido por la pluralidad de muestras y un vector He a donde a está constituida por los símbolos de dicho bloque y H... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

e de modulación de una señal OFDM que comprende una pluralidad de símbolos OFDM, en el que la señal OFDM es muestreada en banda de base durante un periodo de observación dado () para obtener una pluralidad de muestras y se calcula, para una pluralidad de valores de 1. Método de estimación ciega de al menos un parámetro ()

T0

dicho parámetro y un bloque de símbolos de modulación (ak , n ) de una constelación de modulación, una función de coste ()

0 que depende de una distancia entre un vector y constituido por la pluralidad de muestras y un vector Ha donde a está constituido por los símbolos de dicho bloque y H es una matriz que representa la ee modulación de las subportadoras del múltiplex OFDM por dichos símbolos de modulación, dependiendo dicha matriz de dicho parámetro a estimar, siendo hecha la media de dicha función de coste para cada valor del parámetro en un conjunto de bloques de símbolos posibles para obtener un valor medio (E (0 (

y -Hea ) ) ) de la función de a coste, siendo obtenida la estimación del parámetro como el valor del parámetro (eˆ) que corresponde al valor medio más débil (eˆ =arg minE (0 (

y -Hea ) ) ) .

e a 2. Método de estimación según la reivindicación 1, caracterizado porque el parámetro o parámetros de modulación de la señal OFDM es o son el número () N de subportadoras de esta señal y/o la duración del prefijo (DT) de un c

símbolo OFDM y/o la duración útil () de un símbolo OFDM.

NTc

3. Método de estimación ciega de al menos un parámetro ()

e de modulación de una señal OFDM que comprende una pluralidad de símbolos OFDM, en el que la señal OFDM es muestreada en banda de base durante un periodo de observación dado () para obtener una pluralidad M de muestras y se calcula para una pluralidad de valores T0

de dicho parámetro una función de coste () 0 que depende de una distancia entre un vector y constituido por +

dicha pluralidad de muestras y un vector HH y donde H es una matriz que representa la modulación de las ee e subportadoras del múltiplex OFDM por un bloque de símbolos de modulación, dependiendo dicha matriz del +

parámetro a estimar, y donde H es la matriz pseudoinversa de H , siendo obtenida la estimación del parámetro ee como el valor del parámetro (eˆ) que corresponde al valor más débil de la función de coste en dicha pluralidad de valores del parámetro.

+

4. Método de estimación según la reivindicación 3, caracterizado porque la matriz pseudoinversa H se calcula

e HH

e

como donde HH es la transpuesta conjugada de la matriz H , q es un valor de ensayo de la ee

q (1+D /N ) tasa de muestreo de la señal OFDM, D y N son respectivamente un valor de ensayo de longitud de prefijo y un valor de ensayo de longitud útil expresadas en número de chips () .

Tc

5. Método de estimación ciega de al menos un parámetro e de modulación de una señal OFDM que comprende una pluralidad de símbolos OFDM, en el que la señal OFDM es muestreada en banda de base durante un periodo de observación dado () para obtener una pluralidad de muestras y se calcula, para una pluralidad de valores de T0dicho parámetro una función de coste () p (y |e

0, función decreciente de la probabilidad condicional gausiana )

g

donde y es un vector constituido por dicha pluralidad de muestras y p (y |e) es obtenida a partir de una g

distribución gausiana de los símbolos de modulación que modulan las diferentes subportadoras del múltiplex OFDM para dicha pluralidad de símbolos OFDM, siendo obtenida la estimación del parámetro como el valor del parámetro

(eˆ) que corresponde al valor más débil de la función de coste en dicha pluralidad de valores del parámetro.

6. Método de estimación según la reivindicación 5, caracterizado porque dicha función de coste es una función de

- log pg (y |e) .

7. Método de estimación según la reivindicación 6, caracterizado porque dicha función de coste se calcula por medio de la expresión:

0 (-log pg y |e) =

2 H (aH 2 H -1 H

det (2 ( HH +2NI ) -2 yH ( ( HH + NI ) Hy

a ee 0 KN e a ee 0 KN e

2N0

donde H es una matriz que representa la modulación de las subportadoras del múltiplex OFDM por dichos e HH

símbolos de modulación, dicha matriz dependiendo del parámetro a estimar, es la transpuesta conjugada de la e

matriz He , IKN es la matriz identidad, (a una estimación de la varianza de los símbolos de modulación, N0 es una estimación de la densidad de ruido y det () . el determinante.

8. Método de estimación según la reivindicación 6, caracterizado porque la función de coste se obtiene a partir de la expresión:

(2

a H H

0 (-log p (y |e) ) = KN log.

2. yHH y

ga 2 eeN0 a 22 D

donde = 2 ( q 1++2N

aa 0

N

donde H es una matriz que representa la modulación de las subportadoras de un múltiplex OFDM por dichos e HH

símbolos de modulación, dicha matriz dependiendo del parámetro a estimar, es la transpuesta conjugada de la e

matriz He , IKN es la matriz de identidad, (a una estimación de la varianza de los símbolos de modulación, N0

la densidad de ruido, q es un valor de ensayo de la tasa de muestreo de la señal OFDM, D y N son respectivamente un valor de ensayo de longitud de prefijo y un valor de ensayo de longitud útil expresado en número de chips (T ) .

c


 

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