La invención se refiere a un método de estimación de ecos de un canal de comunicaciones utilizando señales digitales y extracción de parámetros en modulaciones OFDM que realiza la estimación de los parámetros de ancho de banda,

intervalo de guarda, número de portadoras y duración de los símbolos en las modulaciones digitales basadas en OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) y que actúa sobre señales moduladas o no, con o sin piloto, que comprende un mecanismo de digitalización de la señal de interés y un sistema de procesado digital. En el método de estimación de ecos de un canal de comunicaciones la estimación de los ecos se hace calculando el espectro de la señal de interés, se calcula el módulo al cuadrado de la parte plana de la respuesta en frecuencia de la señal, se realiza la transformada inversa de Fourier (IFFT) del módulo al cuadrado de la respuesta en frecuencia de la señal y se clasifican rayos y réplicas siguiendo un algoritmo iterativo.

Método de Estimación de ecos de un canal de comunicaciones utilizando señales digitales y extracción de parámetros en modulaciones OFDM.

Sector de la técnica

Esta invención se sitúa en el ámbito de la estimación del canal existente en un sistema de comunicaciones, independientemente del esquema de modulación utilizado en dicho sistema así como la extracción de los parámetros de modulación de las señales OFDM.

Estado de la técnica

En todos los sistemas de comunicaciones digitales, el conocimiento del estado del canal es vital para el éxito de las transmisiones. La señal de información alcanza al receptor a través de uno o varios caminos de propagación, en función de las características del canal. Así, en las comunicaciones vía satélite, suele existir un único camino de propagación entre el satélite y el receptor. En los sistemas de comunicaciones terrestres es más común que la señal llegue al receptor a través de varios caminos; es lo que se conoce como "multitrayecto". El problema del multitrayecto radica en que los distintos caminos de propagación pueden tener distintas longitudes y, en consecuencia, al receptor llegar la misma señal pero con distintos desfases temporales. Esto suele producir pérdidas importantes en la eficiencia de las trasmisiones ya que se produce lo que se conoce como "Interferencia entre Símbolos". Los sistemas de comunicaciones basados en OFDM contemplan la posibilidad de combatir este fenómeno introduciendo en la propia señal un "Intervalo de Guarda". Este mecanismo de protección permite manejar eficientemente canales en los cuales el máximo retardo de eco no sobrepase la longitud del Intervalo de Guarda. Para la estimación del canal de comunicaciones se introducen señales piloto en la propia modulación que son conocidos por el receptor y ayudan a estimar el canal. Una vez conocido el canal ya se puede averiguar la amplitud y posición de los ecos del canal. En las modulaciones OFDM los pilotos se introducen en el dominio de la frecuencia. En otros tipos de modulaciones digitales los pilotos se introducen en el dominio del tiempo, multiplexados con los propios datos. Sea cual sea la modulación utilizada y el patrón de pilotos insertados, los métodos empleados para la estimación de canal pasan por demodular la propia señal recibida. El inconveniente de este método radica en que si las condiciones del canal son muy malas, ya sea debido al nivel de ruido presente en el canal o a que los ecos del canal producen demasiada interferencia entre símbolos, no será posible estimar el canal de comunicaciones debido a que el receptor no podrá demodular la señal. La ventaja de la presente invención frente a estos métodos es la falta de necesidad de demodular la señal y que no necesita de ningún tipo de pilotos para estimar los ecos del canal.

Existen otros métodos para la estimación de los ecos del canal basados en algoritmos de filtrado adaptativo, tales como el descrito en la patente ES2247916A1 titulada "Procedimiento y dispositivo de cancelación de ecos". La diferencia de la presente invención con la patente mencionada radica en que el método empleado para la estimación de los ecos es completamente diferente. La presente invención no utiliza ningún tipo de filtrado adaptativo para conseguir su propósito.

Las señales OFDM tienen una serie de parámetros parametrizables para ajustarse a las necesidades del canal. Así, es posible ajustar el ancho de banda de la señal, la duración del intervalo de guarda y el número de portadoras utilizadas. Los métodos empleados para averiguar estos parámetros y posteriormente demodular la señal están basados en realizar una autocorrelación de la señal recibida en posiciones temporales que se corresponden con las posibles duraciones de símbolo e intervalos de guarda. Existen otros métodos de estimación de parámetros en OFDM como el propuesto en la patente EP2034685A1 titulada "Method for blindly estimating OFDM modulation parameters" en donde se utilizan estadísticos de cuarto orden de la señal OFDM. El método propuesto en la presente invención aprovecha los cálculos realizados en la estimación de ecos del canal para averiguar los parámetros de modulación de la señal OFDM. En caso de utilizar una señal digital para la estimación de los ecos del canal que no tiene una modulación OFDM, esta segunda parte de la invención no es aplicable.

Descripción de la invención

La presente invención detalla un procedimiento para la obtención de los ecos del canal de comunicaciones existente entre un/unos transmisor/transmisores y un receptor, así como los parámetros de modulación empleados en modulaciones OFDM, sin la necesidad de realizar la demodulación de la señal recibida e independientemente de la modulación digital empleada en el sistema. Si la modulación empleada no es OFDM, la parte de la presente invención que detalla la estimación de parámetros OFDM no es aplicable.

El canal radio en un sistema de comunicaciones se puede modelar (sin la influencia del ruido) como

donde δ(t - τ_k) es el rayo k que alcanza al receptor con un retardo de τ_k segundos con respecto al rayo k=0 que consideramos que llega con τ₀ = 0 y β(k) es su amplitud respectiva. Por lo tanto vemos que la información llega al receptor por una serie de trayectorias distintas con distintas ganancias y distintas fases. De este modo se pueden distinguir los canales tipo Rice, en donde existe un camino principal (k=0) en el cual la amplitud de la señal recibida es notablemente superior a la de los demás, o los canales tipo Rayleigh en donde la amplitud de la señal recibida en todos los caminos es comparable. El primer caso se corresponde con un escenario donde el receptor es alcanzado por un rayo directo y varios rayos de menor amplitud producidos por reflexiones o difracciones en los elementos del entorno. En el caso de los canales Rayleigh todo los rayos que llegan al receptor son reflejados o generados por mecanismos de difracción en los elementos del entorno, sin existir un rayo directo entre el transmisor y el receptor.

Consideramos el caso en el que tenemos un rayo principal y N-1 secundarios, es decir, tenemos un canal tipo Rice. Si normalizamos la amplitud de los rayos por la del rayo principal tenemos que:

La respuesta en frecuencia del canal es:

donde, sin falta de generalidad, hemos obviado el parámetro N.

El módulo al cuadrado del canal en el dominio de la frecuencia viene expresado como:

Aplicando diversas igualdades trigonométricas obtenemos que:

Si a la anterior expresión le aplicamos la Transformada de Fourier Inversa (IFFT) el resultado es:

donde

• h₀(t) es la respuesta estimada obtenida.

• es el nivel del rayo principal con la contribución de los demás rayos.

• c_kj = 2α(k)α(j) es el nivel de la réplica generada por los rayos k y j.

• c_k = 2α(k) es el nivel del rayo k.

Analizando la Ecuación 3 podemos distinguir:

• En t = 0 la componente del rayo principal y una contribución de la amplitud de los demás rayos que componen la respuesta del canal.

• En t = |τ_k - τ_j| la réplica debida a los rayos k y j.

 

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Reivindicaciones:

1. Método de estimación de ecos de un canal de comunicaciones utilizando señales digitales y extracción de parámetros en modulaciones OFDM que realiza la estimación de los parámetros de ancho de banda, intervalo de guarda, número de portadoras y duración de los símbolos en las modulaciones digitales basadas en OFDM (Orthogonal Frequency División Multiplexing) y que actúa sobre señales moduladas o no, con o sin piloto, caracterizado por que comprende al menos:

un mecanismo de digitalización de la señal de interés, y

un sistema de procesado digital.

2. Método de estimación de los ecos de un canal de comunicaciones según la reivindicación 1 caracterizado porque la estimación de los ecos se hace calculando el espectro de la señal de interés, se calcula el módulo al cuadrado de la parte plana de la respuesta en frecuencia de la señal, se realiza la transformada inversa de Fourier (IFFT) del módulo al cuadrado de la respuesta en frecuencia de la señal y se clasifican rayos y réplicas siguiendo un algoritmo iterativo.

3. Método de estimación de los ecos de un canal de comunicaciones según la reivindicación 2 caracterizado porque en lugar de realizar la transformada inversa de Fourier (IFFT) se realiza la transformada de Fourier (FFT).

4. Método de estimación de los ecos de un canal de comunicaciones según la reivindicación 2 caracterizado porque se realiza el cálculo del módulo del espectro de la señal en lugar del cálculo del módulo al cuadrado del espectro de la señal.

5. Método de estimación de los ecos de un canal de comunicaciones según la reivindicación 1 y 2 caracterizado porque se utiliza la estimación de los ecos del canal realizada para buscar máximos en las posiciones de todas las duraciones posibles de símbolo, obteniendo la duración real del símbolo OFDM como aquella posición donde el máximo de la estimación de canal realizada sea mayor.

6. Método de estimación de los ecos de un canal de comunicaciones según la reivindicación 5 caracterizado porque el intervalo de guarda se estima usando unos umbrales de decisión en función del nivel de los ecos estimados en la posición correspondiente a la duración del símbolo OFDM.

7. Método de estimación de los ecos de un canal de comunicaciones según la reivindicación 5 caracterizado porque la estimación del ancho de banda y número de portadoras se hace un función de la duración estimada del símbolo OFDM, calculada ésta sin la necesidad de demodular la señal ni la ayuda de pilotos.

8. Método para la estimación de los ecos de un canal de comunicaciones y los parámetros de la modulación OFDM según reivindicaciones anteriores caracterizado porque la señal utilizada es una señal de DVB-T o DVB-T2.

 

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