Estimación de canal de dominio de frecuencia en un sistema de acceso múltiple por división de frecuencia con portadora única.

Procedimiento de estimación de canal (h(1), h(2),..., h(Nu)) en un sistema de transmisión de acceso múltiple por reparto de frecuencia con portadora única que incluye una pluralidad de terminales de usuario (TU1,

TU2,..., TUNu) que transmiten señales (x(1), x(2),..., x(Nu)) a un nodo receptor (BS), en el que cada dicho terminal de usuario (TU1, TU2,..., TUNu) tiene asignado un conjunto respectivo de sub-portadoras de transmisión para la transmisión por dicho canal, incluyendo el procedimiento las etapas de:

- asignar a dichos terminales de usuario unas secuencias de señales de prueba respectivas (rp) para la transmisión por dicho canal (h(1), h(2),..., h(Nu)),

- almacenar (400) en dicho nodo receptor (BS) información relativa a los conjuntos respectivos de sub-portadoras de transmisión asignados a dichos terminales de usuario (TU1, TU2,..., TUNu) para la transmisión por dicho canal así como los espectros discretos de dichas secuencias de señales de prueba respectivas (rp) asignadas a dichos terminales de usuario, caracterizado por el hecho de que comprende además las etapas de:

- incluir dichas secuencias de señales de prueba respectivas (rp) en dichas señales (x(1), x(2),..., x(Nu)) transmitidas por dicho canal (h(1), h(2),..., h(Nu)) por dicha pluralidad de terminales de usuario (TU1, TU2,..., TUNu) utilizando dichos conjuntos respectivos de sub-portadoras de transmisión asignado a estas, de modo que se produce una señal de prueba combinada en dicho nodo receptor,

- generar (208) en dicho nodo receptor (BS) el espectro discreto de dicha señal de prueba combinada, y

- obtener dicha estimación de canal como un conjunto de contribuciones individuales, obteniéndose cada una de dichas contribuciones como una función de una parte respectiva de dicho espectro discreto de dicha señal de prueba combinada y uno de dichos espectros discretos de dichas secuencias de señales de prueba respectivas (rp) asignadas a dichos terminales de usuario (TU1, TU2,... TUNu).

Estimación de canal de dominio de frecuencia en un sistema de acceso múltiple por división de frecuencia con portadora única.

Campo de la invención [0001] La presente invención se refiere a la estimación/ ecualización de canal en los sistemas de telecomunicaciones. La invención se ha desarrollado con especial atención a su posible uso en la transmisión de "enlace ascendente" (uplink) en un sistema que incluye una pluralidad de terminales de usuario que transmiten señales a un nodo receptor, en el que cada terminal tiene asignado un conjunto respectivo de sub-portadoras de transmisión.

Descripción de antecedentes [0002] La transmisión de portadora única (SC) en combinación con FDMA (Frequency Division Multiple Access) , o SC-FDMA, está emergiendo como esquema de acceso múltiple clave de los futuros sistemas de comunicación inalámbrica. Por ejemplo, en la actualidad se considera la técnica SC-FDMA para la evolución de los UMTS (Universal Mobile Telecommunications System) , a los que se suele llamar sistema Evolved UTRA (E-UTRA) o Super 3G (S3G) .

Las tecnologías de acceso de radio con portadora única tienen la ventaja de una baja relación de potencia pico a promedio (PAPR) . Esta característica es importante para reducir el consumo de energía de los teléfonos móviles a un mínimo y para maximizar la cobertura de enlace ascendente (desde el terminal móvil a la estación base) , que está limitada principalmente por la potencia de transmisión de los teléfonos móviles. La técnica SC-FDMA permite a los usuarios en la célula transmitir de forma simultánea independientemente de su velocidad de datos.

De hecho, aunque se llame tecnología de "portadora única", esta disposición de transmisión permite hacer que varios usuarios sean "ortogonales" asignándoles diferentes sub-bandas de frecuencia (sub-portadoras) y esta característica se mantiene incluso en los canales que dispersan en el tiempo. Las técnicas de ecualización en el receptor hacen que sea posible alcanzar los niveles de prestaciones de detección cerca de los límites del filtro adaptado incluso en una célula completamente cargada y a través de canales que dispersan en el tiempo.

Otro esquema de procesamiento de señales que se considera prometedor para futuros sistemas de comunicaciones inalámbricas es la ecualización de la respuesta de canal en el dominio de la frecuencia, que se denota en la literatura como Ecualización en el dominio de la frecuencia (FDE) . La combinación de SC-FDMA y Ecualización en el dominio de la frecuencia, conduce a niveles de rendimiento similares al OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) , con menor relación de potencia pico a promedio (PAPR) y, esencialmente, la misma complejidad general. Una baja PAPR a su vez significa que el amplificador de potencia de un transmisor de SC requiere un intervalo lineal más pequeño para soportar una potencia media determinada o, en otras palabras, requiere menos potencia de pico de reserva. Como tal, este enfoque permite el uso de un amplificador de potencia más barato con respecto a un sistema OFDM comparable: esta es una ventaja muy significativa, ya que el amplificador de potencia es uno de los componentes más caros del transceptor del equipo de usuario (UE) .

Hay dos tipos de esquemas de transmisión SC-FDMA que se consideran actualmente para la aplicación en los futuros sistemas inalámbricos de banda ancha: a saber, " SC-FDMA localizada " (LFDMA) y " SC-FDMA distribuida (DFDMA) "

En LFDMA, un conjunto de frecuencias consecutivas en una cierta parte del ancho de banda del sistema se asignan a cada usuario y diferentes usuarios transmiten sobre bandas de frecuencia que no se superponen. Este esquema es adecuado para la transmisión programada en frecuencia (donde se selecciona el formato de transmisión de un usuario determinado a partir de las características del canal) y es robusto frente a desplazamientos de frecuencia debido a las tolerancias del oscilador, ruido de fase o efecto Doppler. Por otro lado el procedimiento localizado no explota la diversidad de frecuencias disponibles en un canal de radio de banda ancha.

Al contrario, en DFDMA, el acceso múltiple se consigue asignando a los distintos usuarios subportadoras dispersas ortogonales en toda la banda del sistema. DFDMA consigue una diversidad de frecuencia puesto que la señal de usuario se transmite a través de diferentes subportadoras no correlacionadas. Sin embargo, se debe adoptar alguna estrategia para evitar que se pierda la ortogonalidad de usuario debido a los posibles desplazamientos de frecuencia.

Ambas señales de una sola portadora localizadas y distribuidas pueden ser generadas ya sea en el dominio del tiempo o el dominio de la frecuencia. La generación en el dominio del tiempo de la señal de portadora única se conoce en la literatura como Interleaved FDMA (IFDMA) . Una descripción detallada de la técnica de transmisión IFDMA se proporciona en el artículo de U. Sorger, I. de Broek, M. Schnell, "Interleaved FDMA - A new SpreadSpectrum Multiple-Access Scheme". ICC 1998 -IEEE International Conference on Communications, no. 1, Junio 1998, pp. 1013-1017.

Las señales de portadora única también se pueden generar en el dominio de la frecuencia. La generación en el dominio de la frecuencia de la señal de portadora única se conoce en la literatura como DFT Spread OFDM (DFT-SOFDM) o como DFT OFDM precodificada. Una descripción detallada de la técnica DFT-SOFDM se proporciona en el artículo de R. Dinis, D. Falconer, "A Multiple Access Scheme for the Uplink of Broadband Wireless Systems". IEEE Communications Society, Globecom 2004, pp. 3808-3812.

La generación en el dominio de dominio del tiempo y de la frecuencia de las señales de portadora única conducen a tipos similares de señales, de manera que se pueden utilizar arquitecturas de receptor similares para la demodulación de la señal. Una arquitectura de receptor que es particularmente atractiva debido a su baja complejidad es un receptor SC con Ecualización en el Dominio de La frecuencia (SC-FDE) .

La ecualización en el Dominio de La frecuencia en un sistema SC es simplemente el equivalente en el dominio de la frecuencia de lo que se hace mediante un ecualizador en el dominio del tiempo lineal convencional. Para los canales con severa dispersión del retardo, la Ecualización en el Dominio de La frecuencia es computacionalmente más simple que la ecualización en el dominio del tiempo correspondiente porque se lleva a cabo en un bloque de datos a la vez, y las operaciones en este bloque esencialmente implican una operación de FFT eficiente y una operación de inversión de canal.

La Ecualización en el Dominio de La frecuencia puede ser usada tanto en el caso de la generación de la señal en el dominio de tiempo (por ejemplo, Transmisión IFDMA) y de la generación de señal en el dominio de la frecuencia (por ejemplo, Transmisión DFT-SOFDM) . Los principios de la Ecualización en el Dominio de La frecuencia se describen en D. Falconer, "Ecualización en el Dominio de La frecuencia para Sistemas inalámbricos de banda ancha de portadora única ". IEEE Communicación Magazine, Abril 2002.

Volviendo específicamente a la literatura de patentes, US-A-3 864 632 describe un sistema de ecualización en el dominio de la frecuencia adecuado para sistemas de transmisión de datos síncronos de alta velocidad. Las muestras de la respuesta de impulso se transforman mediante un dispositivo de Transformada de Fourier Discreta (FFT) en muestras en el dominio de la frecuencia. Los valores recíprocos de estas muestras en el dominio de la frecuencia se obtienen a partir de un circuito recíproco y luego se transforman mediante un dispositivo de Transformada de Fourier Rápida discreta inversa (IFFT) en muestras en el dominio del tiempo que son las ganancias máximas deseadas que se aplican a un ecualizador en el dominio del tiempo transversal con el fin de minimizar los errores en una señal recibida causada por la interferencia entre símbolos y el ruido.

Por el contrario, US-A-2004/0125235 ilustra el ecualizador de canal de un receptor de televisión digital. El ecualizador de canal comprende un estimador de canal, un compensador de distorsión del canal y un cancelador de ruido. El estimador de canal estima la respuesta de impulso del canal de transmisión h (, ) en el dominio del tiempo mediante el uso de una señal de entrenamiento. El compensador de distorsión de canal se compone de dos unidades FFT, una ROM y un ecualizador en el dominio de la frecuencia. La primera unidad FFT convierte la señal recibida del dominio del tiempo al dominio de frecuencia. La segunda unidad FFT convierte la respuesta de impulso del canal de transmisión estimada por el estimador... [Seguir leyendo]

1. Procedimiento de estimación de canal (h (1) , h (2) , ..., h (Nu) ) en un sistema de transmisión de acceso múltiple por reparto de frecuencia con portadora única que incluye una pluralidad de terminales de usuario (TU1, TU2, ..., TUNu) que transmiten señales (x (1) , x (2) , ..., x (Nu) ) a un nodo receptor (BS) , en el que cada dicho terminal de usuario (TU1, TU2, ..., TUNu) tiene asignado un conjunto respectivo de sub-portadoras de transmisión para la transmisión por dicho canal, incluyendo el procedimiento las etapas de:

- asignar a dichos terminales de usuario unas secuencias de señales de prueba respectivas (rp) para la transmisión por dicho canal (h (1) , h (2) , ..., h (Nu) ) ,

- almacenar (400) en dicho nodo receptor (BS) información relativa a los conjuntos respectivos de sub-portadoras de transmisión asignados a dichos terminales de usuario (TU1, TU2, ..., TUNu) para la transmisión por dicho canal así como los espectros discretos de dichas secuencias de señales de prueba respectivas (rp) asignadas a dichos terminales de usuario, caracterizado por el hecho de que comprende además las etapas de:

- incluir dichas secuencias de señales de prueba respectivas (rp) en dichas señales (x (1) , x (2) , ..., x (Nu) ) transmitidas por dicho canal (h (1) , h (2) , ..., h (Nu) ) por dicha pluralidad de terminales de usuario (TU1, TU2, ..., TUNu) utilizando dichos conjuntos respectivos de sub-portadoras de transmisión asignado a estas, de modo que se produce una señal de prueba combinada en dicho nodo receptor,

- generar (208) en dicho nodo receptor (BS) el espectro discreto de dicha señal de prueba combinada, y - obtener dicha estimación de canal como un conjunto de contribuciones individuales, obteniéndose cada una de dichas contribuciones como una función de una parte respectiva de dicho espectro discreto de dicha señal de prueba combinada y uno de dichos espectros discretos de dichas secuencias de señales de prueba respectivas (rp) asignadas a dichos terminales de usuario (TU1, TU2, ... TUNu) .

2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado por el hecho de que incluye la etapa de obtener dicha estimación de canal mediante la operación de dividir dicho espectro discreto de dicha señal de prueba combinada por dichos espectros discretos de dichas secuencias de señales de prueba respectivas (rp) asignadas a dichos terminales de usuario (TU1, TU2, ..., TUNu) .

3. El procedimiento según la reivindicación 2, caracterizado por el hecho de que dicha operación de dividir se realiza multiplicando dicho espectro discreto de dicha señal de prueba combinada y el recíproco de dichos espectros discretos de dichas secuencias de señales de prueba respectivas (rp) asignadas a dichos terminales de usuario (TU1, TU2, ..., TUNu) .

4. El procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado por el hecho de que incluye la etapa de utilizar para dichos espectros discretos de dichas secuencias de señales de prueba respectivas (rp) y dicho espectro discreto dichas etapas de discretización de frecuencia de señales de prueba combinadas que son idénticas, de modo que la obtención de dicha estimación de canal implica operaciones punto a punto realizadas sobre dicho espectro discreto de dicha señal de prueba combinada y dichos espectros discretos de dichas secuencias de señales de prueba respectivas (rp) asignadas a dichos terminales de usuario (TU1, TU2, ..., TUNu) que tienen etapas de discretización de frecuencias idénticas.

5. El procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado por el hecho de que incluye las etapas de:

- utilizar para dichos espectros discretos de dichas secuencias de señales de prueba respectivas (rp) y dicho espectro discreto de dicha etapas de discretización de frecuencia de señales de prueba combinadas que son múltiplos entre sí, e

- interpolar (214) uno u otro de dichos espectros discretos de dichas secuencias de señales de prueba respectivas (rp) y dicho espectro discreto de dicha señal de prueba combinada para obtener mediante interpolación etapas de discretización de frecuencias que son idénticas, de modo que la obtención de dicha estimación de canal implica operaciones punto a punto realizadas sobre dicho espectro discreto de dicha señal de prueba combinada y dichos espectros discretos de dichas secuencias de señales de prueba respectivas (rp) asignadas a dichos terminales de usuario (TU1, TU2, ..., TUNu) con dichas etapas de discretización de frecuencias convertidas en idénticas mediante interpolación (214) .

6. A estimador de canal (202) para estimación de canales (h (1) , h (2) , ..., h (Nu) ) en un nodo receptor de acceso múltiple por reparto de frecuencia con portadora única (BS) que reciben señales (x (1) , x (2) , ..., x (Nu) ) de una pluralidad de terminales de usuario (TU1, TU2, ..., TUNu) en el que cada dicho terminal de usuario (TU1, TU2, ..., TUNu) tiene asignado un conjunto respectivo de sub-portadoras de transmisión y unas secuencias de señales de prueba respectivas (rp) para la transmisión por dicho canal (h (1) , h (2) , ..., h (Nu) ) , en el que dicho estimador de canal (202) incluye:

- al menos una memoria (400) que tiene almacenada en su interior información relativa a los conjuntos respectivos de sub-portadoras de transmisión asignadas a dichos terminales de usuario (TU1, TU2, ..., TUNu) para la transmisión

por dicho canal así como los espectros discretos de dichas secuencias de señales de prueba respectivas (rp) asignadas a dichos terminales de usuario, caracterizado por el hecho de que dicho estimador de canal comprende además:

- un generador de espectro (208) para generar (208) un espectro discreto de una señal de prueba combinada producida en dicho nodo receptor como resultado de la recepción de una pluralidad señales (x (1) , x (2) , ..., x (Nu) ) de dichos terminales de usuario (TU1, TU2, ..., TUNu) que incluyen dichas secuencias de señales de prueba respectivas (rp) transmitidas por dicho canal (h (1) , h (2) , ..., h (Nu) ) utilizando dichos conjuntos respectivos de sub-portadoras de transmisión asignado a estas, y

- elementos de procesamiento (209) para obtener dicha estimación de canal como un conjunto de contribuciones individuales, obteniéndose cada una de dichas contribuciones como una función de una parte respectiva de dicho espectro discreto de dicha señal de prueba combinada y uno de dichos espectros discretos de dichas secuencias de señales de prueba respectivas (rp) asignadas a dichos terminales de usuario (TU1, TU2, ..., TUNu) .

7. El estimador de canal según la reivindicación 6, caracterizado por el hecho de que incluye dichos elementos de procesamiento (209) configurados para obtener dicha estimación de canal mediante la operación de dividir dicho espectro discreto de dicha señal de prueba combinada por dichos espectros discretos de dichas secuencias de señales de prueba respectivas (rp) asignadas a dichos terminales de usuario (TU1, TU2, ..., TUNu) .

8. El estimador de canal según la reivindicación 7, caracterizado por el hecho de que incluye dichos elementos de procesamiento (209) configurados para realizar dicha operación de dividir multiplicando dicho espectro discreto de dicha señal de prueba combinada y el recíproco de dichos espectros discretos de dichas secuencias de señales de prueba respectivas (rp) asignadas a dichos terminales de usuario (TU1, TU2, ..., TUNu) .

9. El estimador de canal según la reivindicación 8, caracterizado por el hecho de que incluye dicha al menos una memoria (400) que tiene almacenada en su interior dichos espectros discretos de dichas secuencias de señales de prueba respectivas (rp) asignadas a dichos terminales de usuario en la forma del recíproco de dichos espectros discretos.

10. El estimador de canal según la reivindicación 8, caracterizado por el hecho de que incluye un conjunto común de multiplicadores (209) para

- realizar dicha operación de dividir multiplicando dicho espectro discreto de dicha señal de prueba combinada y el recíproco de dichos espectros discretos de dichas secuencias de señales de prueba respectivas (rp) asignadas a dichos terminales de usuario (TU1, TU2, ..., TUNu) , y

- ecualizar (204) dicho canal ( (h (1) , h (2) , ..., h (Nu) ) multiplicando el espectro discreto de dicha señal de prueba combinada por un conjunto de coeficientes de ecualización.

11. Sistema de transmisión que incluye el estimador de canal según cualquiera de las reivindicaciones 6 a 10.

12. El sistema de transmisión según la reivindicación 11, caracterizado por el hecho de que dicho sistema de transmisión es un sistema de transmisión IFDMA.

13. El sistema de transmisión según la reivindicación 11, caracterizado por el hecho de que dicho sistema de transmisión es un sistema de transmisión DFT-SOFDM.

14. Producto de programa de ordenador, que se puede cargar en la memoria de al menos un ordenador y que incluye partes de código de software para realizar el procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5.

Asignación de piloto Asignación de usuario/ subportadora