Método de estimación ciega de parámetros de señal OFDM por filtrado adaptado.

Método de estimación ciega de al menos un parámetro de una señal OFDM formada por una secuencia de símbolos OFDM,

la señal OFDM demodulándose en banda base y a continuación muestreándose durante un periodo de observación, caracterizado porque se forma un vector y de las muestras que se obtienen de este modo, y porque se construye una matriz Hθ, para una multitud de valores posibles de dicho parámetro | θ |, representativa de una modulación OFDM utilizada para generar dicha señal, dicha matriz dependiendo de dicho parámetro, y porque se calcula el valor de una función objetivo donde ||.|| es la norma euclidiana, ||.||F es la norma de Frobenius, y porque se selecciona como estimación de dicho parámetro dicho valor posible de parámetro que realiza el máximo de la función objetivo.

Método de estimación ciega de parámetros de señal OFDM por filtrado adaptado Campo técnico La presente invención se refiere a un método de estimación ciega de parámetros de señal OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplex) .

Antecedentes de la invención La modulación OFDM es habitual en el estado de la técnica y se emplea en numerosos sistemas de telecomunicación 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 por lo general una potencia de 2, los símbolos OFDM obteniéndose al realizar una IFFT (Inverse Fast Fourier Transform) sobre dichos bloques de símbolos de información. De manera general, se añade un prefijo cíclico al inicio de cada símbolo OFDM para que absorba la interferencia inter-símbolo o ISI y facilite la ecualización en la recepción. La señal OFDM formada por estos símbolos OFDM puede eventualmente a continuación desplazarse en frecuencia.

De manera general, la señal emitida por un sistema OFDM se puede representar en banda da base mediante:

donde E es la potencia de la señal, N es el número de portadoras del múltiplex OFDM, "k, n son los símbolos de información relativos al bloque k, que pertenecen a un alfabeto de modulación M-ario, habitualmente BPSK, QPSK o QAM, 1/Tj es la velocidad de los símbolos de información donde Tj es el tiempo " fragmento " o " chip ", D es el tamaño del prefijo cíclico expresado en número de fragmentos, g (t) es un pulso de conformación de los símbolos OFDM que tiene un soporte temporal [0, (N + D) Tj] destinado a corregir la aberración el espectro de la señal.

En la figura 1 se ha representado de manera esquemática una señal OFDM. Esta se compone de una secuencia de símbolos OFDM, cada símbolo presentando un tiempo total (N + D) Tj que incluye un tiempo útil NTj y un intervalo de guarda de tiempo Tprefij = DTj, en el que se encuentra el prefijo cíclico. Hay que recordar que, de manera clásica, el prefijo cíclico es una copia del final del símbolo OFDM en el interior del intervalo de guarda. En algunos sistemas OFDM, los prefijos cíclicos simplemente se omiten, dicho de otro modo, las partes útiles de los símbolos se separan mediante unos intervalos de guarda " vacíos ". Esta técnica de transmisión también permite eliminar la interferencia entre símbolos, pero no hace sencilla la ecualización de la señal.

Tras la propagación por el canal de transmisión, la señal OFDM recibida por el receptor se puede expresar mediante:

donde

es la convolución entre la señal OFDM emitida, s" (t) es la respuesta impulsional del canal de transmisión h (t) y b (t) es una función aleatoria que describe el ruido. Se dará por supuesto que la longitud de la respuesta impulsional es inferior a la duración del intervalo de guarda, de tal modo que se podrá hacer abstracción de la interferencia entre símbolos (ISI) .

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

Tras la eventual demodulación en banda base, la señal recibida se muestrea en la etapa 210 en la frecuencia chip, a continuación las muestras se someten a una conversión serie/paralelo en la etapa 220 para formar unos bloques de N + D muestras. Las D primeras muestras que corresponden al intervalo de guarda se rechazan y el bloque de las N muestras restantes que corresponden a la parte útil del símbolo OFDM se somete a una FFT en la etapa 230. Los símbolos demodulados que se obtienen se someten a continuación a una conversión serie en la etapa 240.

En definitiva, dando por supuesto que el receptor está bien sincronizado en tiempo y en frecuencia, los símbolos demodulados se pueden expresar mediante:

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 exige una sincronización precisa en tiempo y en frecuencia. En efecto, se entiende que una mala sincronización en tiempo implicará un deslizamiento temporal progresivo de la ventana de truncamiento y una mala sincronización en frecuencia, una rotación de fase de las muestras, pudiendo representarse 2imlƒnTj

mediante un factor multiplicativo e donde lƒ es la desviación de frecuencia entre la frecuencia de demodulación del receptor y la frecuencia portadora del múltiplex OFDM.

La sincronización temporal y frecuencial del receptor se realiza por lo general mediante la obtención de una secuencia de aprendizaje.

El funcionamiento de este detector implica evidentemente que se conozcan los parámetros de la señal OFDM transmitida (dicho de otro modo, los parámetros de los símbolos OFDM) . Por parámetros de la señal OFDM se entiende aquí el número N de sub-portadoras, la duración útil NTj de un símbolo o de manera equivalente la separación frecuencial 1/NTj entre sub-portadoras, la duración del intervalo de guarda DTj y/o el periodo de repetición (N + D) Tj de estos símbolos.

En muchas ocasiones el receptor no conoce a priori los parámetros de la señal OFDM y se debe proceder a su estimación ciega, de forma previa a cualquier demodulación.

Se han propuesto varios métodos para ello. Estos sacan provecho de la presencia del prefijo cíclico en la señal OFDM y las propiedades de cicloestacionalidad que se derivan de esta. Los estimadores de los parámetros se basan en la función de autocorrelación de la señal OFDM. Se puede encontrar un ejemplo de un método de estimación de este tipo en el artículo de P. Liu y otros, titulado " A blind time-parameters estimation scheme for OFDM in multipath channel ", publicado en Proc. 2005 Intal. Conference on Information, Communications and Signal Processing, vol. 1, págs. 242-247, 23-26 sept. 2005.

Estos métodos de estimación presentan, no obstante, el inconveniente de requerir la obtención de un número elevado de símbolos OFDM para realizar el cálculo de la función de autocorrelación. Además, estos métodos no funcionan en el caso, mencionado con anterioridad, en el que la señal OFDM carece de prefijos cíclicos. Estos no funcionan bien e incluso no funcionan en absoluto cuando la relación entre la duración del prefijo y la del símbolo OFDM, D / (D + N) , es baja. En efecto, en este caso el pico secundario de la función de autocorrelación, debido a la cicloestacionalidad de la señal, se difumina e incluso desaparece en el ruido. Resulta entonces imposible determinar con precisión el intervalo entre el pico principal y el pico secundario que permite estimar el parámetro NTj.

El objetivo de la presente invención es, por lo tanto, proponer un método de estimación ciega de parámetros de una señal OFDM que no presenta los inconvenientes ya comentados.

Un objetivo secundario de la presente invención es permitir una sincronización temporal y frecuencial del receptor OFDM que sea rápida y no precise ninguna secuencia de aprendizaje.

Descripción de la invención La presente invención se define como un método de estimación ciega de al menos un parámetro de una señal OFDM formada por una secuencia de símbolos OFDM, la señal OFDM demodulándose en banda base y a continuación muestreándose durante un periodo de observación.

De acuerdo con un primer modo de realización, se forma un vector y de las muestras que se obtienen de este modo, y se construye una matriz Hs, para una multitud de valores posibles de dicho parámetro, representativa de una modulación OFDM utilizada para generar dicha señal, dicha matriz dependiendo de dicho parámetro, y se calcula el valor de una función objetivo

donde ||.|| es la norma euclidiana, ||.||F es la norma de Frobenius, y por último se selecciona como estimación de dicho parámetro dicho valor posible de parámetro que realiza el máximo de la función objetivo.

Dicho parámetro es, por ejemplo, característico de la longitud útil de dichos símbolos OFDM.

De acuerdo con otro ejemplo, el método ya mencionado estima de manera conjunta un conjunto de parámetros de la

señal OFDM, buscándose el máximo de la función objetivo para un conjunto de valores posibles... [Seguir leyendo]

1. Método de estimación ciega de al menos un parámetro de una señal OFDM formada por una secuencia de símbolos OFDM, la señal OFDM demodulándose en banda base y a continuación muestreándose durante un periodo de observación, caracterizado porque se forma un vector y de las muestras que se obtienen de este modo, y porque se construye una matriz He, para una multitud de valores posibles de dicho parámetro | e |, representativa de una modulación OFDM utilizada para generar dicha señal, dicha matriz dependiendo de dicho parámetro, y porque se calcula el valor de una función objetivo donde ||.|| es la norma euclidiana, ||.||F es la de dicho parámetro dicho valor posible de parámetro que realiza el máximo de la función objetivo.

2. Método de estimación de acuerdo con la reivindicación 1 caracterizado porque dicho parámetro es característico de la longitud útil de dichos símbolos OFDM.

3. Método de estimación de acuerdo con la reivindicación 1 caracterizado porque estima de forma conjunta un conjunto de parámetros de la señal OFDM, buscándose el máximo de la función objetivo para un conjunto de valores posibles respectivos de estos parámetros, realizando el conjunto de dichos valores posibles el máximo de la función objetivo que da los valores estimados respectivos de estos parámetros.

4. Método de estimación de acuerdo con la reivindicación 3 caracterizado porque dicho conjunto de parámetros está formado por el número | N | de sub-portadoras del múltiplex OFDM, por la longitud útil | NTc | y por la duración de prefijo | DTc | de dichos símbolos OFDM.

5. Método de estimación ciega de al menos un parámetro de una señal OFDM formada por una secuencia de símbolos OFDM, demodulándose la señal OFDM en banda base y a continuación muestreándose durante un periodo de observación, caracterizado porque se forma un vector de las muestras que se obtienen de este modo, y

porque se construye una matriz para una multitud de valores posibles de dicho parámetro θ representativa de Hθ

una modulación OFDM utilizada para generar dicha señal, dicha matriz dependiendo de dicho parámetro, porque para cada valor posible del parámetro se prueba una multitud de valores posibles de una variación temporal (T) entre el inicio del periodo de observación y el inicio de un símbolo OFDM, eliminando para cada valor posible de dicha variación temporal un número correspondiente de primeras líneas de dicha matriz y el mismo número de primeros elementos de dicho vector para formar una matriz truncada H y un vector truncado y, porque se calcula el valor de θ

una función objetivo donde ||.|| es la norma euclidiana, ||.||F es la norma de Frobenius, y porque se selecciona como estimación θ de dicho parámetro y como estimación de la desviación temporal, el par de los valores posibles del parámetro y de la desviación que realiza el máximo de la función objetivo.

6. Método de estimación de acuerdo con la reivindicación 5 caracterizado porque dicho parámetro es característico de la longitud útil de dichos símbolos OFDM.

7. Método de estimación de acuerdo con la reivindicación 5 caracterizado porque estima de forma conjunta un conjunto de parámetros de la señal OFDM, buscándose el máximo de la función objetivo para un conjunto de valores posibles respectivos de estos parámetros y un valor de la desviación temporal, el conjunto de dichos valores posibles de los parámetros y de la desviación temporal realizando el máximo de la función objetivo que da los valores estimados respectivos de estos parámetros y de esta desviación.

8. Método de estimación de acuerdo con la reivindicación 7 caracterizado porque dicho conjunto de parámetros está

formado por el número | N | de sub-portadoras del múltiplex OFDM, por la longitud útil | NTc | y por la duración de prefijo | DTc | de dichos símbolos OFDM.

9. Método de estimación ciega de al menos un parámetro de una señal OFDM formada por una secuencia de símbolos OFDM, demodulándose la señal OFDM en banda base y a continuación muestreándose durante un periodo de observación, caracterizado porque se forma un vector y de las muestras que se obtienen de este modo,

porque se construye una matriz | H | , , para una multitud de valores posibles de dicho parámetro θ , representativa de una modulación OFDM utilizada para generar dicha señal, dicha matriz dependiendo de dicho parámetro así como de una desviación frecuencial entre la portadora de la señal OFDM y la frecuencia utilizada para demodularlo la norma euclidiana, ||.||F es la norma de Frobenius, y porque se selecciona como estimación θ de dicho parámetro y como estimación de la desviación frecuencial, el par de los valores posibles del parámetro y de la desviación que realiza el máximo de la función objetivo.

10. Método de estimación de acuerdo con la reivindicación 9 caracterizado porque dicho parámetro es característico de la longitud útil de dichos símbolos OFDM.

11. Método de estimación de acuerdo con la reivindicación 9 caracterizado porque estima de forma conjunta un conjunto de parámetros de la señal OFDM, buscándose el máximo de la función objetivo para un conjunto de valores posibles respectivos de estos parámetros y un valor de la desviación frecuencial, realizando el conjunto de dichos valores posibles de los parámetros y de la desviación frecuencial el máximo de la función objetivo que da los valores estimados respectivos de estos parámetros y de esta desviación.

12. Método de estimación de acuerdo con la reivindicación 11 caracterizado porque dicho conjunto de parámetros está formado por el número | N | de sub-portadoras del múltiplex OFDM, por la longitud útil | NTc | y por la duración de prefijo | DTc | de dichos símbolos OFDM.