Procedimientos y aparato de comunicaciones OFDM.

Un procedimiento para transmitir una señal multiplexada por división de frecuencia ortogonal,

que comprende:

asignar un subconjunto de una pluralidad de tonos de frecuencia a un usuario;

cartografiar iterativamente cada uno de una pluralidad de símbolos complejos a cada uno de una pluralidad de instantes de tiempo simples prescritos dentro de una duración de símbolos por división de frecuencia ortogonal (OFDM); e

interpolar la pluralidad de instantes de tiempo simples prescritos para generar valores distintos de cero en el subconjunto de la pluralidad de tonos de frecuencia y valores de cero en la pluralidad restante de tonos de frecuencia.

Procedimientos y aparato de comunicaciones OFDM Referencia cruzada a solicitudes relacionadas

La presente solicitud reivindica el beneficio de la fecha de presentación de la solicitud provisional U.S. No. 60/230,937, presentada el 13 de Septiembre, 2000, y es una continuación en parte de la solicitud de patente en trámite US 09/805,887, presentada el 15 de marzo de 2001, titulada "Procedimiento de señalización en un sistema inalámbrico de acceso múltiple OFDM".

Campo técnico

La presente invención se refiere a sistemas de comunicación de multiplexación por división de frecuencia ortogonal (OFDM), y más particularmente a procedimientos y aparatos para la ¡mplementación de transmisores y receptores OFDM adecuados para uso en, por ejemplo, una red de comunicación de acceso múltiple.

Antecedentes

La multiplexación por división de frecuencia ortogonal (OFDM) es una técnica relativamente de multiplexación bien conocida para sistemas de comunicación. Los sistemas de comunicación OFDM se puede utilizar para proporcionar comunicación de acceso múltiple, donde a los usuarios diferentes se cartografían diferentes tonos ortogonales dentro de un ancho de banda de frecuencia para transmitir datos al mismo tiempo. En un sistema de comunicación OFDM, el ancho de banda cartografiado a todo el sistema se divide en tonos ortogonales. En particular, para una duración de símbolo T dados disponibles para la transmisión de datos del usuario, y un ancho de banda W dado, el número de tonos disponibles ortogonales F está dado por WT. El espaciamiento entre los tonos ortogonales A se elige para ser 1/T, haciendo así los tonos ortogonales. Además de la duración del símbolo T que está disponible para la transmisión de datos del usuario, un período adicional de tiempo Tc se puede utilizar para la transmisión de un prefijo cíclico. El prefijo cíclico se antepone a cada duración de símbolo T y se utiliza para compensar la dispersión introducida por la respuesta del canal y por el filtro de conformación de impulsos utilizado en el transmisor. Así, aunque se emplea una duración de símbolos total de T + Tc para la transmisión de un símbolo OFDM, sólo la duración del símbolo T está disponible para la transmisión de datos del usuario y se denomina por tanto una duración de símbolo OFDM.

En anteriores técnicas de OFDM, una señal OFDM se construye primero por un transmisor en el dominio de la frecuencia mediante la cartografía de símbolos de una constelación a los tonos de frecuencia establecidos. La señal construida en el dominio de la frecuencia se transforma entonces en el dominio del tiempo por una transformada discreta inversa de Fourier (IDFT) o transformada rápida inversa de Fourier (IFFT). Un prefijo cíclico que tiene una duración Tc, como se discutió anteriormente, entonces se antepone a la señal de dominio de tiempo correspondiente a cada duración de símbolo T resultante en una señal que tiene la duración de símbolo total T + Tc para cada símbolo a transmitir. La señal de dominio de tiempo que incluye los prefijos cíclicos es muestreada para obtener las muestras de señal digital a ser transmitidas.

En general, los símbolos de la constelación tienen una propiedad de proporción de pico a media relativamente baja. Por ejemplo, los símbolos de una constelación QPSK tienen todos la misma amplitud. Sin embargo, después de haber sido transformados por la IDFT o IFFT, las muestras de la señal de dominio de tiempo resultantes son la suma ponderada de todos los símbolos, y por lo tanto generalmente no preserva la baja propiedad de proporción de pico a media. En particular, la señal de dominio de tiempo resultante tiene típicamente una proporción pico a media alta.

Puesto que los símbolos se cartografían a los tonos en los transmisores OFDM conocidos en el dominio de la frecuencia, la recuperación de símbolos también se realiza en el dominio de la frecuencia, por ejemplo, con las señales recibidas correspondientes a los tonos individuales que se cartografían de nuevo en el dominio de la frecuencia de los símbolos individuales.

La figura 1 ilustra un receptor OFDM 100 ejemplar conocido. El receptor OFDM 100 incluye una antena 102, un sintonizador 104, un convertidor A/D 106, circuito de descarte de prefijo cíclico 108, un circuito FFT 110, un circuito de extracción de símbolo de formación 112, un circuito de estimación de canal dominio de frecuencia 114, un circuito de ecualización de los canales de dominio de la frecuencia 118 y un decodificador 118 acoplados entre sí como se ilustra en la figura 1.

Señales OFDM emitidas se reciben a través de la antena 102 y luego se filtraron por el sintonizador 104 que envía una señal que incluye los tonos OFDM utilizados para transmitir símbolos. La salida de señal continua por el sintonizador 104 es muestreada por un convertidor A/D 106 para generar una señal digital que luego es procesada por el circuito de descarte de prefijo cíclico 108. El circuito 108 descarta la parte de Tc de la señal recibida correspondiente al prefijo cíclico. La porción restante de la señal correspondiente a la duración de símbolo T se suministra al circuito transformado 110, por ejemplo, un circuito FFT o DCT, el cual convierte la señal de dominio de tiempo que representa los símbolos transmitidos en el dominio de la frecuencia. El extractor del símbolo de formación 112 extrae uno o más símbolos de capacitación o tonos piloto, es decir, los símbolos o tonos con valores

conocidos de transmisión en el dominio de la frecuencia, a partir de la señal recibida. Los símbolos de formación o tonos extraídos se suministran al circuito de estimación de canal de dominio de frecuencia 114. El circuito 114 estima el efecto, en el dominio de la frecuencia, del canal de comunicaciones en las señales transmitidas como se evidencia por la diferencia entre el símbolo(s) de formación recibido, o el tono(s) piloto y los valores esperados. El circuito de ecualización del canal del dominio de frecuencia 116 recibe información de la estimación del canal desde el circuito 114 y realiza las operaciones de ecualización de los canales en la señal de dominio de la frecuencia generada por el circuito de transformación 110 para compensar las distorsiones de los canales. Después de que la ecualización de canal se realiza en el dominio de la frecuencia, la señal es procesada por el descodificador 118 que cartografía la señal de dominio de la frecuencia en símbolos y/o datos.

Las técnicas existentes para la ¡mplementación de sistemas de comunicación OFDM pueden ser muy ineficientes en términos de utilización de energía debido a la proporción relativamente alta de pico a media en comparación con otros esquemas de señalización, tales como los esquemas de modulación de portador individual. Como resultado, las técnicas existentes OFDM no están bien adaptadas para una red de comunicación de acceso múltiple inalámbrica con usuarios altamente móviles debido a que la alta proporción del pico a media de la señal transmitida requiere una gran cantidad de energía en la estación de base y en el dispositivo inalámbrico. Los mayores requerimientos de energía resultan en la vida corta de la batería y amplificadores de potencia más caros en los últimos dispositivos o terminales de comunicación inalámbricos. En consecuencia, es deseable proporcionar una técnica OFDM que reduce la proporción de pico a media de la señal a transmitir, al mismo tiempo aprovechando el ancho de banda de comunicación más grande ofrecido por un sistema de comunicación OFDM.

Se llama la atención al documento US 5 838 268 A, que se refiere a un procedimiento de modulación de señal que comprende la recepción de al menos una primera y segunda corrientes de entrada sincronizados de símbolos complejos, para definir así una pluralidad de vectores entrantes, incluyendo cada uno al menos un primer y segundo símbolos complejos sincronizados, cartografiando cada símbolo complejo en un componente de señal que comprende una combinación lineal de una señal en fase y una señal en cuadratura, comprendiendo la señal en cuadratura una transformada de Hilbert de dicha señal en fase, en el que todos los componentes de la señal son sustancialmente ortogonales entre sí y en el que los espectros de frecuencia de todos los componentes de la señal cartografiada de una sola corriente de entrada se centran alrededor de una ubicación de frecuencia común que es única para la corriente de entrada individual y en el que los espectros de frecuencia de componentes de señal asignados de diferentes corrientes de entrada que tienen ubicaciones de frecuencia comunes adyacentes están parcialmente solapados y en el que los componentes de señal cartografiados... [Seguir leyendo]

1. Un procedimiento para transmitir una señal multiplexada por división de frecuencia ortogonal, que comprende:

asignar un subconjunto de una pluralidad de tonos de frecuencia a un usuario;

cartografiar iterativamente cada uno de una pluralidad de símbolos complejos a cada uno de una pluralidad de instantes de tiempo simples prescritos dentro de una duración de símbolos por división de frecuencia ortogonal (OFDM); e

interpolar la pluralidad de instantes de tiempo simples prescritos para generar valores distintos de cero en el subconjunto de la pluralidad de tonos de frecuencia y valores de cero en la pluralidad restante de tonos de frecuencia.

2. El procedimiento de la reivindicación 1, que comprende además:

cartografiar una pluralidad diferente de símbolos complejos que utiliza una primera constelación a la pluralidad de símbolos complejos, en el que la pluralidad de símbolos complejos utiliza una segunda constelación que es diferente de la primera constelación.

3. El procedimiento de la reivindicación 1, en el que la interpolación comprende:

aplicar una o más funciones de interpolación discretas predeterminadas a la pluralidad de símbolos complejos.

4. El procedimiento de la reivindicación 3, en el que la una o más funciones de interpolación discretas predeterminadas es una matriz de sinusoides predeterminados.

5. El procedimiento de la reivindicación 1, en el que la interpolación genera además una pluralidad de muestras de señales digitales.

6. El procedimiento de la reivindicación 5, que comprende además:

anteponer una última porción de la pluralidad de muestras de señales digitales a la pluralidad de muestras de señales digitales.

7. Un aparato (300) para transmitir una señal multiplexada por división de frecuencia ortogonal, que comprende:

medios para asignar un subconjunto de una pluralidad de tonos de frecuencia a un usuario;

medios para cartografiar de manera iterativa cada uno de una pluralidad de símbolos complejos a cada uno de una pluralidad de instantes simples de tiempo prescritos dentro de una duración de símbolos por división de frecuencia ortogonal (OFDM); y

medios para interpolar la pluralidad de instantes de tiempo simples prescritos para generar valores distintos de cero en el subconjunto de la pluralidad de tonos de frecuencia y valores de cero en la pluralidad restante de tonos de frecuencia.

8. El aparato (300) de la reivindicación 7, que comprende además:

medios para cartografiar una pluralidad diferente de símbolos complejos que utiliza una primera constelación a la pluralidad de símbolos complejos, en el que la pluralidad de símbolos complejos utiliza una segunda constelación que es diferente de la primera constelación.

9. El aparato (300) de la reivindicación 7, que comprende además medios para aplicar una o más funciones de interpolación discretas predeterminadas a la pluralidad de símbolos complejos.

10. El aparato (300) de la reivindicación 7, que comprende además medios para anteponer una última porción de la pluralidad de muestras de señales digitales a la pluralidad de muestras de señales digitales.

11. El aparato (300) de la reivindicación 8, en el que los tonos de frecuencia correspondientes a otros usuarios del usuario están intercalados con la pluralidad de tonos de frecuencias atribuidos al usuario.

12. El aparato (300) de la reivindicación 7, en el que:

los medios para la asignación se realizan en un procesador,

los medios para la cartografía de manera iterativa están incorporados en un circuito de cartografía de instante de tiempo (318), y

los medios para interpolar están incorporados en un circuito de interpolación (320).

13. El aparato (300) de la reivindicación 12, que comprende además:

un circuito de cartografía (314) de símbolo a símbolo para cartografiar una pluralidad diferente de símbolos complejos que utiliza una primera constelación a la pluralidad de símbolos complejos, en el que la 5 pluralidad de símbolos complejos utiliza una segunda constelación que es diferente de la primera

constelación.

14. El aparato (300) de la reivindicación 12, en el que el circuito de interpolación (320) está configurado además para aplicar una o más funciones de interpolación discretas predeterminadas a la pluralidad de símbolos complejos.

15. El aparato (300) de la reivindicación 14, en el que la una o más funciones de interpolación discretas 10 predeterminadas es una matriz de sinusoides predeterminados.

16. El aparato (300) de la reivindicación 12, en el que el circuito de Interpolación (320) está configurado además para generar una pluralidad de muestras de señales digitales.

17. El aparato (300) de la reivindicación 16, que comprende además:

un circuito de prefijo cíclico (324) para anteponer una última porción de la pluralidad de muestras de 15 señales digitales a la pluralidad de muestras de señales digitales.

18. Un medio legible por ordenador que almacena un programa de ordenador, en el que la ejecución del programa de ordenador es para:

asignar un subconjunto de una pluralidad de tonos de frecuencia a un usuario;

cartografiar iterativamente cada uno de una pluralidad de símbolos complejos a cada uno de una pluralidad 20 de instantes de tiempo simples prescritos dentro de una duración de símbolos por división de frecuencia

ortogonal (OFDM); e

Interpolar la pluralidad de instantes de tiempo simples prescritos para generar valores distintos de cero en el subconjunto de la pluralidad de tonos de frecuencia y valores de cero en la pluralidad restante de tonos de frecuencia.