Analizador de canales de radio para determinar desplazamientos Doppler a través de múltiples frecuencias de una señal de banda ancha.

Un procedimiento implementado en un dispositivo inalambrico (10) para analizar sefiales multitrayectoria recibidas a traves de un canal de comunicación inalambrico para caracterizar objetos de dispersion en el canal de comunicacion inalambrico,

comprendiendo el procedimiento:

recibir (200) un valor de referencia para cada una de una pluralidad de frecuencias dentro de un ancho de banda de serial en una pluralidad de diferentes tiempos de serial;

procesar (220) dichos valores de referencia o coeficientes de canal de propagaci6n complejos estimados a partir de los mismos pare determinar uno de entre:

un conjunto de desplazamientos Doppler de energia de onda dispersa y un conjunto correspondiente de amplitudes de onda compleja para cada una de dicha pluralidad de frecuencias dentro del ancho de banda de serial, correspondiendo cada desplazamiento Doppler a un angulo de llegada diferente; y

un conjunto de retardos de trayectoria y un conjunto correspondiente de amplitudes de onda compleja para cada uno de multiples tiempos de serial dentro de un intervalo de analisis; y

procesar (230) dichas amplitudes de onda compleja para determinar:

un conjunto de retardos de trayectoria correspondientes a cada angulo de Ilegada o un conjunto de angulos de Ilegada correspondientes a cada retardo de trayectoria determinado; y

un coeficiente de dispersión complejo para cada combinacion de retardo de trayectoria y angulo de Ilegada, donde cada coeficiente de dispersión complejo corresponde a un objeto de dispersion respectivo en el canal de comunicación inalambrico,

estando el procedimiento caracterizado porque comprende interpolar los valores de referenda o los coeficientes de canal de propagación complejos estimados a partir de los mismos para generar valores interpolados en una serie de tiempos remuestreados dentro del intervalo de analisis, donde los tiempos remuestreados tienen una separación temporal diferente para frecuencias diferentes de dichas multiples frecuencias de modo que el producto de cada separación temporal y la correspondiente frecuencia es sustancialmente constante a traves de las multiples frecuencias; en el que procesar los valores de referencia o coeficientes de canal de propagación complejos estimados a partir de los mismos comprende procesar los valores interpolados.

Analizador de canales de radio para determinar desplazamientos Doppler a través de múltiples frecuencias de una señal de banda ancha

Antecedentes

La presente invención se refiere en general a la estimación de canal, y más particularmente a mejorar la precisión de las caracterizaciones de objetos de dispersión utilizadas para determinar estimaciones de canal.

En un sistema de comunicación inalámbrico, los objetos (por ejemplo, edificios, colinas, etc.) en el entorno, a los que se hace referencia en el presente documento como objetos de dispersión, reflejan una señal transmitida. Las reflexiones llegan a un receptor desde diferentes direcciones y con diferentes retardos de trayectoria. Las reflexiones o múltiples trayectorias se pueden caracterizar mediante un retardo de trayectoria y un coeficiente de retardo complejo. Típicamente, un objeto de dispersión se caracteriza por coeficientes de retardo complejos que presentan una rápida variación temporal debido a la movilidad del vehículo, mientras que los retardos de trayectoria correspondientes son relativamente constantes en un gran número de intervalos de transmisión.

La estimación de canal es el proceso de caracterizar el efecto del canal de radio sobre la señal transmitida. Se pueden utilizar estimaciones de canal que aproximan el efecto de un canal de propagación reciente sobre la señal transmitida para cancelar interferencias, combinar diversidades, detectar ML y otros propósitos. Las estimaciones de canal también se pueden utilizar para dotar a un transmisor de conocimiento de un canal futuro de propagación de transmisión. Las patentes estadounidenses que se listan a continuación describen individualmente o conjuntamente los beneficios que pueden obtenerse en un sistema de comunicaciones móviles cuando un transmisor, por ejemplo una estación base fija, obtiene conocimiento de las características de los canales de propagación de la transmisión, por ejemplo los canales de propagación de enlace descendente.

- Patente estadounidense n.° 6.996.375 titulada Transmit diversity and separating múltiple loopback signáis

- Patente estadounidense n.° 6.996.38 titulada Communications system employing transmit macrodiversity',

- Patente estadounidense n.° 7.197.282 titulada Mobile Station loopback signa! processing"\ y

- Patente estadounidense n.° 7.224.942 titulada Communications system employing non-polluting pilot

codes.

Los procedimientos para proporcionar conocimiento de un canal de propagación pasado, descritos en estos y otros documentos de la técnica anterior, incluyen proporcionar señales de realimentación desde las estaciones móviles, realimentar señales desde las estaciones móviles y utilizar la misma frecuencia para el enlace descendente y para el enlace ascendente en un sistema denominado Duplexación por División de Tiempo (TDD).

Sin embargo, el funcionamiento de la TDD no es siempre adecuado, en particular cuando el sistema de comunicaciones funciona en distancias largas, haciendo que el concepto de simultaneidad en diferentes lugares resulte discutible. Además, incluir señales de bucle o realimentación deliberadas en transmisiones desde estaciones móviles a estaciones base fijas puede requerir una alta capacidad del enlace ascendente cuando las velocidades son elevadas. Por tanto, existe un interés en procedimientos que permitan a un transmisor determinar el canal de transmisión con antelación basándose en el tráfico recibido normalmente, incluso cuando la banda de frecuencia de recepción es diferente de la banda de frecuencia de transmisión. Extrapolar información de canal que ha sido determinada mediante el análisis de señales a través de una banda de frecuencia de recepción, por ejemplo, un ancho de banda de 2 MHz centrado en una frecuencia central, a información de canal para una banda de frecuencia de transmisión centrada en otra frecuencia central separada de la frecuencia central de recepción, por ejemplo de 2 MHz, implica complicados requisitos relativos a la precisión del modelo de canal y las estimaciones de los parámetros del modelo. De hecho, extrapolar parámetros de canal a una banda de frecuencia diferente conlleva los mayores requisitos relativos a la precisión del modelo de objeto de dispersión que se utiliza para representar el entorno del canal de propagación. Una precisión mejorada sería bienvenida también para otros propósitos, como una mejor decodificación de los datos, determinación de posición, etc.

Generalmente se supone que las estimaciones de los canales de propagación de radio están limitadas por un cierto ancho de banda de coherencia, lo que significa que, probablemente, señales separadas en más del ancho de banda de coherencia no tienen correlación entre sus canales de propagación. Asimismo, generalmente se supone que las estimaciones de canales de propagación de radio están limitadas por un cierto tiempo de coherencia, lo que significa que no existe una coherencia esperada entre valores de canal tomados en momentos separados en más del limite de tiempo de coherencia. Sin embargo, los inventores postulan que los límites actuales de ancho de banda de coherencia y de tiempo de coherencia no son límites estrictos, sino que en cambio son un síntoma de las imprecisiones del modelo de canal. Por tanto, los inventores proponen que un modelo de canal más complejo y más preciso aumentará los límites de ancho de banda de coherencia y de tiempo de coherencia, y quizá eliminará incluso

la percepción de un ancho de banda de coherencia y tiempo de coherencia limitados. En entornos caracterizados por un gran número de objetos de dispersión físicamente pequeños y distribuidos aleatoriamente, tales como las hojas de los árboles, puede no ser posible construir un modelo de canal de una complejidad y precisión adecuadas para superar la percepción de un límite de ancho de banda de coherencia. Sin embargo, el postulado básico puede ser válido en otros entornos caracterizados por un número razonable de objetos de dispersión grandes.

Mientras investigaban los asuntos anteriores, los solicitantes descubrieron que las siguientes solicitudes de patente estadounidenses relacionadas son relevantes.

Solicitud de patente estadounidense n° de serie 12/478.473 titulada Improved Mobile Radio Channel Estimatiorí, que describe un enfoque retardo primero para caracterizar cada objeto de dispersión por su retardo de trayectoria y su desplazamiento Doppler. Se combinaron varias adaptaciones y mejoras del algoritmo de Prony para determinar los retardos de trayectoria y los desplazamientos Doppler. El algoritmo de Prony se adaptó en primer lugar para analizar un canal de radio para determinar los retardos de trayectoria de dispersión. Después se analizó con mayor detenimiento la amplitud contra el tiempo de cada rayo retardado mediante una segunda adaptación del algoritmo de Prony para resolver diferentes desplazamientos Doppler para cada retardo de trayectoria.

Solicitud de patente estadounidense n°. de serie 12/478.52 titulada Continuous Sequential Scatterer Estimatiorí, que describe que un desplazamiento Doppler es de hecho simplemente otra medida de la tasa de cambio del retardo, por ejemplo, la velocidad relativa, y que una caracterización de objeto de dispersión útil comprende el retardo de trayectoria y el índice de cambio del retardo, en lugar del retardo de trayectoria y el desplazamiento Doppler. Por tanto, tras encontrar diferentes retardos de trayectoria y desplazamientos Doppler utilizando el procedimiento de Prony, los desplazamientos Doppler se tradujeron a valores de tasa de cambio de retardo, y luego se utilizó un algoritmo de Kalman para seguir el retardo de trayectoria y su derivada a la vez que se utilizó el algoritmo de Prony para buscar nuevos objetos de dispersión que no habían sido ya seguidos por el filtro de Kalman.

Solicitud de patente estadounidense n.° de serie 12/478.564 titulada Channel Extrapolation from one Frequency and Time to Another1', que extrapola información de canal de propagación desde un tiempo y frecuencia, por ejemplo, un tiempo y frecuencia o banda de frecuencia de recepción, a otro tiempo y frecuencia, por ejemplo, un tiempo y frecuencia o banda de frecuencia de transmisión. Esta solicitud impone los requisitos de precisión más estrictos sobre la estimación de parámetros de dispersión.

Véase también Bajiva, W.U. et al, Learning Sparse Doubly-Selective channels, actas de la 46° conferencia Allerton sobre comunicaciones, control y computación, Monticello, IL, 23 de septiembre de 28.

Las solicitudes mencionadas arriba generalmente suponen que el desplazamiento Doppler/tasa de cambio de retardo es constante en un ancho de banda de señal recibida.... [Seguir leyendo]

1. Un procedimiento implementado en un dispositivo inalámbrico (1) para analizar señales multitrayectoria recibidas a través de un canal de comunicación inalámbrico para caracterizar objetos de dispersión en el canal de comunicación inalámbrico, comprendiendo el procedimiento:

recibir (2) un valor de referencia para cada una de una pluralidad de frecuencias dentro de un ancho de banda de señal en una pluralidad de diferentes tiempos de señal; procesar (22) dichos valores de referencia o coeficientes de canal de propagación complejos estimados a partir de los mismos para determinar uno de entre:

un conjunto de desplazamientos Doppler de energía de onda dispersa y un conjunto correspondiente de amplitudes de onda compleja para cada una de dicha pluralidad de frecuencias dentro del ancho de banda de señal, correspondiendo cada desplazamiento Doppler a un ángulo de llegada diferente; y un conjunto de retardos de trayectoria y un conjunto correspondiente de amplitudes de onda compleja para cada uno de múltiples tiempos de señal dentro de un intervalo de análisis; y procesar (23) dichas amplitudes de onda compleja para determinar:

un conjunto de retardos de trayectoria correspondientes a cada ángulo de llegada o un conjunto de ángulos de llegada correspondientes a cada retardo de trayectoria determinado; y un coeficiente de dispersión complejo para cada combinación de retardo de trayectoria y ángulo de llegada, donde cada coeficiente de dispersión complejo corresponde a un objeto de dispersión respectivo en el canal de comunicación inalámbrico,

estando el procedimiento caracterizado porque comprende interpolar los valores de referencia o los coeficientes de canal de propagación complejos estimados a partir de los mismos para generar valores interpolados en una serie de tiempos remuestreados dentro del intervalo de análisis, donde los tiempos remuestreados tienen una separación temporal diferente para frecuencias diferentes de dichas múltiples frecuencias de modo que el producto de cada separación temporal y la correspondiente frecuencia es sustancialmente constante a través de las múltiples frecuencias;

en el que procesar los valores de referencia o coeficientes de canal de propagación complejos estimados a partir de los mismos comprende procesar los valores interpolados.

2. El procedimiento según la reivindicación 1, en el que procesar los valores interpolados comprende:

procesar los valores interpolados conjuntamente a través de un número de dichas múltiples frecuencias para determinar un conjunto de desplazamientos Doppler escalados en frecuencia comunes a dichas múltiples frecuencias para de ese modo determinar un conjunto de valores de tasa de cambio de retardo, cada uno de los cuales corresponde al mismo ángulo de llegada para dichas múltiples frecuencias; y determinar el conjunto de amplitudes de onda compleja para cada una de dichas múltiples frecuencias en función de los valores de tasa de cambio de retardo y los valores interpolados.

3. El procedimiento según la reivindicación 1, en el que procesar los valores interpolados comprende procesar los valores interpolados conjuntamente a través de dicha serie de tiempos remuestreados en el intervalo de análisis para determinar el conjunto de retardos de trayectoria común a los tiempos remuestreados y un conjunto correspondiente de amplitudes de onda compleja para cada tiempo remuestreado.

4. El procedimiento según la reivindicación 3, en el que procesar dichas amplitudes de onda compleja comprende: procesar las amplitudes de onda compleja para determinar un conjunto de desplazamientos Doppler escalados en

frecuencia para cada retardo de trayectoria determinado para determinar así un conjunto de valores de tasa de cambio de retardo, cada uno de los cuales corresponde al mismo ángulo de llegada a través de dichas múltiples frecuencias; y

determinar un coeficiente de dispersión complejo correspondiente para cada combinación de retardo de trayectoria y desplazamiento Doppler escalado en frecuencia en función de los valores de tasa de cambio de retardo y las amplitudes de onda compleja correspondientes.

5. El procedimiento según la reivindicación 1, en el que procesar los valores de referencia o los coeficientes de canal de propagación complejos estimados a partir de los mismos comprende aplicar un algoritmo de Prony a los valores de referencia o a los coeficientes de canal de propagación complejos estimados a partir de los mismos para determinar el conjunto de desplazamientos Doppler y las amplitudes de onda compleja correspondientes.

6. El procedimiento según la reivindicación 5, en el que procesar dichas amplitudes de onda compleja comprende aplicar un algoritmo de Prony inverso a las amplitudes de onda compleja para determinar los conjuntos de retardos de trayectoria y los coeficientes de dispersión correspondientes.

7. El procedimiento según la reivindicación 1, que comprende además procesar los valores de referencia recibidos para estimar los coeficientes de canal de propagación complejos en cada una de las múltiples frecuencias para la pluralidad de diferentes tiempos de señal.

8. El procedimiento según la reivindicación 1, que comprende además predecir estimaciones de canal para una o más frecuencias de transmisión asociadas a dicha estación de red fija en función de los retardos de trayectoria.

9. El procedimiento según la reivindicación 8, en el que predecir las estimaciones de canal comprende además predecir las estimaciones de canal para dichas frecuencias de transmisión en tiempos futuros en función de dichos desplazamientos Doppler y ángulos de llegada.

1. El procedimiento según la reivindicación 9, en el que predecir las estimaciones de canal comprende además suavizar las estimaciones de canal predichas para al menos una de las frecuencias de transmisión y uno de los tiempos futuros en función de las determinadas combinaciones de retardos de trayectoria y ángulos de llegada.

11. El procedimiento según la reivindicación 1, en el que suavizar las estimaciones de canal comprende eliminar

la ponderación de los coeficientes de dispersión correspondientes a los objetos de dispersión débil con relación a los coeficientes de dispersión correspondientes a los objetos de dispersión fuerte para determinar las estimaciones de canal suavizadas para al menos uno de las frecuencias de transmisión y tiempos futuros.

12. El procedimiento según la reivindicación 1, que comprende además determinar una ubicación de al menos una

de las estaciones móviles en función de las combinaciones determinadas de retardos de trayectoria y ángulos de llegada.

13. El procedimiento según la reivindicación 1, en el que la pluralidad de frecuencias comprende una pluralidad de 2 subportadoras OFDM y la pluralidad de diferentes tiempos de señal comprende una pluralidad de períodos de

símbolo OFDM.

14. Un dispositivo inalámbrico (1) que comprende medios para llevar a cabo un procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 13.