PROCEDIMIENTO ADAPTATIVO PARA OPTIMIZAR UN SISTEMA MULTIPORTADORA.

Procedimiento adaptativo para optimizar un sistema multiportadora.

La presente invención describe un procedimiento adaptativo para optimizar un sistema multiportadora (1), donde el sistema multiportadora (1) comprende un emisor (2) que transmite información a un receptor (3) a través de un conjunto de Nc sub-portadoras divididas en grupos, comprendiendo el procedimiento realizar las operaciones de: calcular, en el lado del receptor (3), una estimación **IMAGEN-01** del rango de la matriz de correlación de frecuencia de grupo; determinar, en función de dicha estimación **IMAGEN-01**, un tamaño **IMAGEN-02** de grupo óptimo; enviar al emisor (2), a través de un canal (4) de realimentación, el tamaño **IMAGEN-02** de grupo óptimo determinado; y adaptar, en el emisor (3), el tamaño de grupo en función de la **IMAGEN-02** recibida.

PROCEDIMIENTO ADAPTATIVO PARA OPTIMIZAR UN SISTEMA MULTIPORTADORA

OBJETO DE LA INVENCIÓN

El sistema GO-CDM-OFDM (Group-Orthogonal Code-Division Multiplex Orthogonal Frequency-Division Multiplex, según sus siglas en inglés) es un procedimiento de modulación empleado para la transmisión de datos. Este procedimiento divide el conjunto de sub-portadoras disponibles en grupos ortogonales y aplica procedimientos de detección óptima en el receptor basándose en dichos grupos. Un parámetro crítico de este esquema es el tamaño de grupo empleado, ya que tamaños de grupo inadecuados pueden aumentar en gran medida la complejidad del proceso o provocar una pérdida importante de prestaciones. El objeto principal de la presente invención es una técnica adaptativa para ajustar dinámicamente el tamaño de grupo en función de las características instantáneas del entorno de propagación. Además del sistema GO-CDM-OFDM, esta técnica es adecuada para casi cualquier sistema multiportadora.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

Actualmente, las redes inalámbricas se han convertido en una parte fundamental de las telecomunicaciones, extendiéndose más allá de los entornos tradicionales, como oficinas y viviendas, para llegar hasta espacios públicos como aeropuertos, centros comerciales o plazas. La gran variabilidad de entornos junto con unas elevadas expectativas en términos de fiabilidad, bajo consumo y elevado rendimiento requieren mecanismos que permitan una explotación óptima de las características instantáneas del entorno de propagación.

Muchos sistemas inalámbricos actuales o futuros (por ejemplo, IEEE 802.11a/g/n, WiMaX, LTE) se basan en una arquitectura multi-portadora, siendo el OFDM (Orthogonal Frequency-Division Multiplex, según sus siglas en inglés) la opción más popular. En el sistema OFDM, la selectividad de frecuencia del canal se combate transmitiendo símbolos de información a través de sub-portadoras ortogonales en paralelo, de modo que se transforma un canal de banda ancha en muchos canales planos de banda estrecha, como se describe en J.L. Cimini, “Analysis and simulation of a digital mobile channel using orthogonal frequency division multiplexing”, IEEE Trans. on Communication, vol. 33, Nº 7, pp. 665-785, Julio de 1985.

La introducción del sistema CDM-OFDM por S. Kaiser, “OFDM codedivision multiplexing in fading channels”, IEEE Trans. Communications, vol. 50, pp. 1266-1273, 2002 supuso una importante mejora de los sistemas OFDM. En el sistema CDM-OFDM, en lugar de transmitirse un único símbolo por cada subportadora (como en OFDM convencional) , se multiplexan grupos de símbolos empleando códigos de expansión ortogonales y se transmite cada grupo simultáneamente mediante un grupo de sub-portadoras. Esta técnica recuerda al principio del sistema CDMA (Code-Division Multiple Access) , donde varios usuarios comparten un grupo de sub-portadoras gracias a que cada uno de ellos emplea un código de expansión diferente, como describen N. Yee, J. P. Linnartz y G. Fettweis en “Multi-carrier CDMA in indoor wireless radio networks”, Proc. IEEE Int. Symp. On Pers., Indoor and Mob. Rad. Comm., Yokohama (Japón) , Sept. 1993, pp. 109-113.

Recientemente, se ha propuesto el GO-MC-CDMA (Group-orthogonal MCCDMA, según sus siglas en inglés) como una variante particular de MC-CDMA, según describen X. Cai, S. Zhou y G. Giannakis, “Group-orthogonal multicarrier CDMA”, IEEE Trans. Communications, vol. 52, Nº 1, pp. 90-99, Enero 2004. En el sistema GO-MC-CDMA se dividen los usuarios en grupos, cada uno de los cuales utiliza exclusivamente un pequeño subconjunto o grupo de todas las subportadoras. Las sub-portadoras que forman un grupo se eligen de modo que estén lo más separadas posible dentro del ancho de banda disponible para maximizar la diversidad frecuencial. Dicho de otro modo, un sistema GO-MCCDMA se puede interpretar como muchos sistemas MC-CDMA independientes de menor tamaño funcionando en paralelo. Este menor tamaño permite el uso de receptores óptimos para cada grupo basándose en una detección de máxima verosimilitud (ML o Maximum Likelihood según sus siglas en inglés) con un coste computacional aceptable.

El uso de grupos ortogonales también ha sido propuesto para sistemas basados en CDM-OFDM en el documento de F. Riera-Palou, G. Femenias y J. Ramis “On the design of uplink and downlink group-orthogonal multicarrier wireless systems”, IEEE Trans. Communications, vol. 56, Nº 10, pp. 1656-1665, Octubre 2008. En este artículo se demuestra que el tamaño de grupo en sistemas GO-CDM-OFDM resulta un parámetro crucial, debiendo obtenerse como un compromiso entre complejidad y rendimiento. Sin embargo, dada la gran variedad de posibles escenarios en los que pueden operar las WLANs, la solución conservadora habitualmente empleada a este problema se fundamenta en el uso del máximo tamaño de grupo que el receptor sea capaz de gestionar. Aunque esta solución tiene el objetivo de conseguir el máximo rendimiento, frecuentemente el resultado es una significativa malversación de los recursos disponibles, ya que en la mayoría de los casos la pobre selectividad frecuencial del canal no justificaría el uso de tamaños de grupo tan elevados. Además, modulaciones de alto orden combinadas con tamaños de grupo grandes podrían dificultar la aplicación de este sistema, ya que la detección de máxima verosimilitud (ML) se hace extremadamente compleja incluso empleando demoduladores muy eficientes.

DESCRIPCIÓN

La presente invención describe un método para ajustar dinámicamente y automáticamente el tamaño de grupo en un sistema multiportadora en función del nivel de diversidad frecuencial del canal. En comparación con el método convencional de establecer un tamaño de grupo fijo según la complejidad máxima que es capaz de aceptar el receptor, este procedimiento tiene múltiples ventajas. En primer lugar, la ventaja más importante es que reduce la carga computacional media, evitando receptores innecesariamente complejos, ya que un tamaño de grupo que exceda del orden de diversidad del canal no producirá ningún beneficio en cuanto a rendimiento. En segundo lugar, evita interferencias innecesarias que podrían aumentar la tasa de error. Y finalmente, este esquema puede ayudar a implementar diferentes políticas de funcionamiento en función de las necesidades de cada caso. Por ejemplo, si el sistema funciona conectado a la red se puede configurar el tamaño de grupo para conseguir el máximo rendimiento, mientras que si funciona con baterías se puede configurar para minimizar el consumo de energía.

Así, la presente invención describe un procedimiento adaptativo para optimizar un sistema multiportadora, donde el sistema multiportadora comprende un emisor que transmite información a un receptor a través de un conjunto de Nc sub-portadoras divididas en grupos y donde el procedimiento comprende realizar las operaciones de:

~ˆl 1) Calcular, en el lado del receptor, una estimación DH del rango de la matriz de correlación de frecuencia de grupo. Esta estimación del rango se puede obtener utilizando cualquier procedimiento posible, aunque en una realización particular de la invención se realizan las siguientes suboperaciones:

l 1a) Obtener la respuesta en frecuencia h de las Nc sub-portadoras, 1 max `

un conjunto finito 4^Q , ..., Q de valores posibles de tamaño de grupo y un valor umbral H .

De acuerdo con una realización particular de la invención, en sistemas GO-CDM-OFDM basados en el uso de códigos Walsh-Hadamard, Q={1, 2 , 4 , 8 , … Qmax=2^ (Nmax) } donde Nmax viene determinado por la complejidad máxima disponible en el receptor y/o de la selectividad frecuencial máxima del canal. En cualquier caso, si se usan otros códigos, los valores pueden ser arbitrarios.

En cuanto a la elección del valor umbral H , se puede determinar mediante el método “prueba y error”. Básicamente, cuanto más pequeño sea epsilon, más tendencia tendra el sistema a utilizar grupos grandes (->explotar toda la diversidad frecuencial) . Por el contrario, para valores mayores, el sistema tenderá a usar tamaños de grupo más reducidos (primará más simplificar la complejidad de la detección.)

1b) Calcular el número de grupos según Ng Nc / Q max .

ll 1c) Formar la respuesta en frecuencia de cada grupo ^h1, ..., h Ng `.

1d) Calcular una estimación de la matriz de correlación mediante la Ng

~l llH