ES2252249T3 - Metodo de estimacion de un canal sometido a debilitamientos uniformes ("flat fading") en un sistema de comunicacion cdma y aparato para el mismo. - Google Patents
Metodo de estimacion de un canal sometido a debilitamientos uniformes ("flat fading") en un sistema de comunicacion cdma y aparato para el mismo.Info
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Abstract
Método para la estimación de canal de debilitamiento uniforme (¿flat fading¿) en un sistema de comunicación CDMA, utilizando predicción de avance adaptativa basada en filtro de rejilla adaptativo y detección de probabilidad máxima por medio de un decodificador Viterbi, cuyo método comprende las siguientes etapas: a. introducir señales de canal dispersadas (¿despread¿) al filtro de rejilla adaptativo del receptor para la predicción del debilitamiento del canal, de acuerdo con la norma LS, para calcular el valor estimado de las señales recibidas correspondientes al nodo Ön en el tiempo n y calcular los valores métricos del ramal en trayectorias entre los nodos, desde el tiempo n-1 hasta el tiempo n, de acuerdo con el valor de debilitamiento de predicción del canal; b. sumar los resultados de medición de los valores métricos del ramal correspondientes a las trayectorias de transmisión para calcular los valores métricos de la trayectoria y obtener las trayectorias supervivientes en el tiempo ncon un decodificador Viterbi; c. demodular el resultado de estimación de señal obtenido a partir de las trayectorias supervivientes, de acuerdo con las señales recibidas correspondientes para obtener el valor estimado de debilitamiento del canal en el tiempo n; d. ajustar el coeficiente del filtro adaptativo basado en dicho valor estimado de debilitamiento del canal, y a continuación estimar el canal en el tiempo n+1; e. repetir las fases a ~ d hasta que todas las trayectorias supervivientes converjan en una trayectoria en el símbolo piloto del segmento de tiempo (¿time slot¿), siendo la fase que corresponde a los nodos de dicha trayectoria el resultado de estimación para las señales transmitidas.
Description
Método de estimación de un canal sometido a
debilitamientos uniformes ("flat fading") en un sistema de
comunicación CDMA y aparto para el mismo.
La presente invención se refiere a un método y
aparato para la estimación de un canal de debilitamiento uniforme
("flat fading") en un sistema de comunicación CDMA.
En un sistema de comunicación CDMA, señales de
transmisión de banda ancha pasan por el canal de debilitamiento
uniforme selectivo en cuanto a frecuencia durante la transmisión,
por lo que las multitrayectorias identificables pueden ser
separadas de manera efectiva en el terminal receptor. El receptor
óptimo puede ser equivalente al llevar a cabo una combinación de
relación o proporción máxima (es decir, recepción coherente RAKE)
para múltiples señales multitrayectoria con características de
canal de debilitamiento uniforme independiente (o canal no
selectivo en cuanto frecuencia). De acuerdo con ello, la cuestión de
igualación de canal selectivo en cuanto frecuencia se puede
simplificar en cuanto a compensación y a diversidad de recepción
para múltiples canales no selectivos en cuanto a frecuencia. En el
caso de un canal con debilitamiento uniforme lento, un receptor
coherente tradicional tiene una buena función de recepción. No
obstante, en el caso de debilitamiento rápido debido al aumento de
velocidad de la estación móvil y al incremento de la frecuencia
portadora, el canal móvil introducirá una fuerte interferencia al
azar en las señales a transmitir, tanto en amplitud como en fase,
por lo que resulta difícil calcular la respuesta de impulso de canal
con técnicas de detección coherentes ordinarias, en este caso. Por
lo tanto, se tendrán que desarrollar métodos de detección coherente
(es decir, estimación de canal) que se puedan adaptar a una amplia
gama de debilitamiento del canal, a efectos de detectar parámetros
del canal. En realidad, en la tecnología de núcleo de WCDMA
(Wideband Code Division Multiple Access), la técnica de estimación
de canal es el núcleo o base de muchas técnicas importantes, tales
como la recepción coherente RAKE, búsqueda coherente de código de
espectro disperso, medición de la Proporción de Señal a
Interferencia (SIR) en control de potencia en transmisión rápida
(TPC) o Código Turbo, técnica de supresión de interferencia,
dispositivo de antena adaptativa de referencia de dominio de tiempo
basado en decisión y retro sustitución, etc.
Las técnicas tradicionales para la estimación de
un canal de debilitamiento uniforme se clasifican principalmente en
dos categorías: técnicas (por ejemplo, PSAM, PilotTone), con las
cuales se estima el debilitamiento ("fading") con señales de
referencia conocidas, y técnicas de estimación óptima de
símbolo/secuencia, que se basan en proceso de señales
estadísticas.
Se utiliza la Modulación Auxiliar de Símbolos
Piloto ("Pilot Symbol Assistant Modulation") (PSAM) en el
sistema WCDMA y en el sistema de enlace CDMA2000. De acuerdo con
esta técnica, se insertan símbolos piloto en el flujo de datos
periódicamente para estimación del canal, es decir, es una técnica
de estimación del canal del tipo interpolación. La frecuencia de
inserción de símbolos piloto debe adaptarse a la tasa de muestreo
Nyquist para efectos de debilitamiento. En el caso de velocidad de
debilitamiento baja, la modulación PSAM puede facilitar tanto un
buen rendimiento de la estimación como simplicidad. La figura 1 es
un diagrama estructural de un receptor implementado de acuerdo con
el método antes mencionado. Dicho receptor comprende: unidades de
frecuencia piloto/derivación de datos (101) ... (102), unidades de
estimación de canal (103) ... (104), unidades multiplicadoras (105)
... (106), unidad de añadido (107), unidad de salida (108) y
unidades de retardo (109), ... (110). Las señales recibidas
r_{1}(k) ... r_{L}(k) entran en las unidades de
derivación de frecuencia piloto/datos correspondientes (101), ...
(102) respectivamente; los símbolos piloto de salida se envían a
las unidades (103) ... (104) de estimación de canal de PSAM, y se
calcula la información de canal \xi_{d1}(k), ...
\xi_{d1L}(k) correspondiente a la parte de código de
datos de cada una de las trayectorias con métodos de interpolación y
similares, la salida de códigos de datos desde las otras salidas de
las unidades de derivación (101) ... (102) de frecuencia
piloto/datos pasan por las unidades de retardo (109) ... (110), y a
continuación son multiplicadas en conjunto con los valores de canal
anteriormente estimados en las unidades multiplicadoras (105) y
(106), y a continuación se suman en la unidad de suma (107),
finalmente pasan la unidad (108) de salida de decisiones
provisionales ("soft decision") a la parte subsiguiente de
decodificación. La figura 2 muestra la curva de Tasa de Error de
Bit (BER) de un Método de Interpolación preferente de Gauss de
Segundo Orden, en varias frecuencias Doppler típicas. Se observará
que estos métodos pueden satisfacer las exigencias de comportamiento
en el caso de un canal de un debilitamiento lento; no obstante, al
acelerar la velocidad de debilitamiento del canal y variar
significativamente las características del canal dentro de solamente
varias fracciones ("slots") de tiempo, estos métodos no pueden
buscar de manera ideal las variaciones del canal.
Se requerirá un rendimiento creciente en futuros
sistemas de comunicación móvil. En particular, cuanto mayor es la
velocidad de la estación móvil, más fuerte es la variación de los
canales. En el caso de canales de debilitamiento rápido, la técnica
de estimación de símbolo/secuencia óptimo, basada en proceso
estadístico de señales presenta ventajas evidentes. Estos métodos
se pueden clasificar en técnicas de detección símbolo a símbolo MAP
y técnicas de estimación de secuencia basadas en MLSE. Si bien se
necesitan símbolos piloto conocidos de acuerdo con este método, los
símbolos piloto son utilizados solamente para proporcionar
referencia de fase necesaria para la demodulación coherente y
también para impedir el efecto acumulativo de error de evaluación
cuando se utiliza realimentación y retro sustitución dirigida a
decisiones para reducir la complejidad del cálculo. Por lo tanto,
los métodos de este tipo no requieren la frecuencia de inserción de
símbolos piloto para cumplir con la exigencia de la tasa Nyquist
para el muestreo durante el debilitamiento o "fading", por lo
que se pueden obtener proporciones de utilización de canal más
precisas y valores de estimación de parámetro de canal a una
velocidad elevada de debilitamiento, en comparación con la técnica
PSAM. Dado que el sistema WCDMA facilita una frecuencia de 2GHz RF
y soporta la estación móvil con velocidades que llegan hasta
500Km/s, y los símbolos pilotos son insertados en un intervalo de
periodos de tiempo ("time slot") de 0,667ms aproximadamente,
se tiene que utilizar esta técnica de estimación de canales. En
realidad, si la velocidad de la estación móvil es muy elevada,
aunque los símbolos pilotos cumplan con las exigencias de la tasa
Nyquist, para asegurar que el filtro de interpolación tenga una
amplitud de banda adecuada y excelente supresión en banda y
atenuación fuera de banda, se tiene que utilizar un filtro de
interpolación de orden elevado, lo que puede resultar en un retardo
prolongado y en una cantidad importante de cálculos. Por otra
parte, la cantidad de cálculos de este último método se puede
reducir enormemente con un número menor de estados de secuencia y
una decisión y retro sustitución razonables. Actualmente, el método
de detección de secuencia de decodificación Viterbi que utiliza
filtro de predicción lineal para estimar canales o el algoritmo
adaptativo basado en diferenciación de Viterbi, que se describe en
ciertos textos, es una implementación de las técnicas. No obstante,
el filtro de predicción lineal requiere conocimiento previo de las
características estadísticas de los canales a efectos de calcular
su coeficiente, lo cual es difícil de llevar a cabo en la práctica;
el algoritmo adaptativo de Viterbi, basado en diferenciación, es muy
sensible a la expansión de frecuencia Doppler, por lo que puede
aparecer el efecto de igualación ("flooring") de la tasa de
error.
Como conclusión, las técnicas tradicionales son
difíciles de utilizar en los sistemas reales. Además, los métodos
tradicionales toman poco en consideración la capacidad de
realización del hardware.
Como respuesta a la estimación de canal para la
detección de canal de debilitamiento rápido y secuencia de
transmisión, el objeto de la presente invención es dar a conocer un
método práctico y factible, así como un aparato para la estimación
de canales de debilitamiento rápido en un sistema CDMA, en el que
dicho método y aparato se basa en una estimación de secuencia
óptima para proceso estadístico de señal, y puede eliminar la
influencia de un canal de debilitamiento rápido.
La solución técnica de la presente invención es
la siguiente: método para la estimación de un canal de
debilitamiento rápido en un sistema de comunicación CDMA,
utilizando: predicción de avance adaptativa, basada en un filtro de
rejilla, y detección de máxima probabilidad por medio de un
decodificador Viterbi, comprendiendo dicho método las siguientes
etapas:
a. introducir señales de canal dispersadas
("despread") al filtro de rejilla adaptativo del receptor para
la predicción del debilitamiento del canal, de acuerdo con la norma
LS, para calcular el valor estimado de las señales recibidas,
correspondientes al nodo \phi_{n} en el tiempo n, y calcular
los valores métricos del ramal en trayectorias entre los nodos desde
el tiempo n-1 hasta el tiempo n, de acuerdo con el
valor de debilitamiento de predicción del canal;
b. sumar los resultados de medición de los
valores métricos del ramal correspondientes a las trayectorias de
transmisión para calcular los valores métricos de la trayectoria y
obtener las trayectorias supervivientes en el tiempo n con un
decodificador Viterbi;
c. demodular el resultado de estimación de señal,
obtenido a partir de las trayectorias supervivientes, de acuerdo
con las señales recibidas correspondientes para obtener el valor
estimado de debilitamiento del canal en el tiempo n;
d. ajustar el coeficiente del filtro adaptativo,
basado en dicho valor estimado de debilitamiento del canal, y a
continuación estimar el canal en el tiempo n+1;
e. repetir las fases a \sim d hasta que todas
las trayectorias supervivientes converjan en una trayectoria en el
símbolo piloto del segmento de tiempo ("time slot"), siendo la
fase, que corresponde a los nodos de dicha trayectoria, el
resultado de estimación de fase para las señales transmitidas.
Un método para la estimación de canales de
debilitamiento uniforme en un sistema de comunicación CDMA, tal
como se ha descrito anteriormente, en el que los valores estimados
para la señal recibida correspondiente a dicho nodo en el momento
n, en la etapa anterior a, son un valor estimado para el canal en el
tiempo n, que es calculado de acuerdo con los nodos de las
trayectorias de transmisión en el momento n-1.
Un método para la estimación de canales de
debilitamiento uniforme en un sistema de comunicación CDMA, tal
como se ha descrito anteriormente, en el que dichos valores métricos
del ramal en la etapa b están constituidos por la suma de cuadrados
de errores entre los valores estimados y los valores actuales de
señales recibidas en trayectorias entre nodos, desde el tiempo
n-1 al tiempo n.
Un método para la estimación de canales de
debilitamiento uniforme en un sistema de comunicación CDMA, tal
como se ha descrito anteriormente, en el que dichas trayectorias
supervivientes en la etapa b, en el tiempo n, se obtienen del modo
siguiente: añadir los resultados de medición del ramal,
correspondientes a las trayectorias de transmisión, para calcular
el valor métrico de la trayectoria de cada nodo en el tiempo n,
realizar a continuación las operaciones del algoritmo Viterbi
(suma, comparación, y selección) para obtener las trayectorias
supervivientes en el tiempo n.
Un método para la estimación de canales de
debilitamiento uniforme en un sistema de comunicación CDMA, tal
como se ha descrito anteriormente, en el que el coeficiente del
filtro adaptativo en dicha etapa d se refiere al error de
estimación entre el valor estimado de debilitamiento del canal, en
el tiempo n, y el valor de debilitamiento del canal, en el tiempo
n, objeto de predicción en el tiempo n-1.
Un aparato para la implementación de dicho método
es el que se da a conocer en la reivindicación 6 adjunta.
Con la solución técnica indicada en la presente
invención, se obtiene como resultado una estimación de canal y
decisión de secuencia precisas, mostrando excelente efecto de
seguimiento, en el caso de un canal de debilitamiento rápido,
haciendo posible eliminar la influencia de debilitamiento rápido
resultado del aumento de velocidad de la estación móvil, y
satisfacer las exigencias de comunicación móvil 3G para la velocidad
de la estación móvil y correspondiente al rendimiento de recepción.
El aparato de igualación puede ser utilizado en receptores más
arriba del enlace ("uplink") y más abajo ("downlink") en
un sistema celular CDMA que utiliza técnica PSAM.
Para la comprensión de las propiedades,
características y ventajas de la invención, ésta será descrita de
manera más detallada en las realizaciones siguientes, haciendo
referencia a los dibujos adjuntos.
La figura 1 es un diagrama de flujo del método
que utiliza técnica de estimación de canal de tipo de interpolación
tradicional;
la figura 2 es un diagrama de curva
SNR-BER a diferentes frecuencias de canal de
debilitamiento Doppler, de acuerdo con un método de interpolación
tradicional de Gauss de segundo orden;
la figura 3 es un diagrama de rejilla de una
secuencia tradicional OPSK;
la figura 4 es un diagrama de flujo estructurado
de las técnicas de predicción de canal
adaptativo-detección de secuencia MLSE de un filtro
de rejilla, según la presente invención;
la figura 5 es un diagrama estructural de
períodos o segmentos de tiempo ("time slots") de un canal de
transmisión PSAM;
la figura 6 es un diagrama de bloques de un
filtro adaptativo RLSL, de acuerdo con la presente invención;
la figura 7 es un diagrama de la curva
SNR-BER del método de estimación de canal de
predicción adaptativa RLSL - detección de secuencia MLSE, para
diferentes frecuencias Doppler de debilitamiento de canal;
las figuras 8a y 8b son diagramas de búsqueda de
canal de debilitamiento con un método de Interpolación tradicional
de Gauss de Segundo Orden, con valores, respectivamente, de f_{d}
T_{slot}=0,0125, 0,4;
las figuras 9a y 9b son diagramas de búsqueda de
canal de debilitamiento con un método de estimación de canal por
predicción adaptativa RLSL - detección de secuencia MLSE, y con
valores de f_{d}T_{slot}=0,0125, 0,4, respectivamente.
Un método para la estimación de canal de
debilitamiento uniforme en un sistema de comunicación CDMA, en el
que: se implementa por la utilización de una técnica de predicción
de avance adaptativo, basada en filtro de retícula adaptativa, y la
técnica de detección de probabilidad máxima del algoritmo de
Viterbi; siendo utilizado dicho filtro de retícula adaptativo para
la predicción del debilitamiento de canal de acuerdo con la norma
LS, siendo utilizada dicha técnica de detección de probabilidad
máxima para llevar a cabo el algoritmo de Viterbi, de acuerdo con
el valor del debilitamiento de canal objeto de predicción y, por lo
tanto, se puede terminar la estimación y determinación de la señal
transmitida, comprendiendo dicho método las siguientes etapas:
a. introducir señales de canal dispersadas en el
filtro de retícula adaptativa del receptor, para calcular el valor
estimado de las señales recibidas correspondientes al nodo, en el
momento n;
b. sumar los resultados de medición de las
señales métricas de ramal, correspondientes a las trayectorias de
transmisión para obtener las trayectorias supervivientes en el
momento n;
c. demodular el resultado de estimación de señal
obtenido a partir de las trayectorias supervivientes, de acuerdo
con las señales recibidas correspondientes, para obtener el valor
estimado de debilitamiento de canal en el tiempo n;
d. ajustar el coeficiente del filtro adaptativo,
y estimar a continuación el canal en el tiempo n+1;
e. repetir las etapas a \sim d hasta que todas
las trayectorias supervivientes convergen en una trayectoria en el
símbolo piloto del segmento de tiempo, siendo la fase
correspondiente a los nodos en dicha trayectoria el resultado de
estimación de fase para las señales transmitidas.
La figura 4 es un diagrama de bloques del
receptor de detección de acuerdo con la presente invención, el
receptor utiliza técnica de predicción de avance basada en filtro de
retícula adaptativa y técnica basada en principio de proceso
presuperviviente (PSPP) y técnica de detección de probabilidad
máxima del algoritmo de Viterbi, siendo utilizado dicho filtro de
retícula adaptativo para la predicción del debilitamiento del canal
de acuerdo con la norma LS, siendo utilizada dicha técnica de
detección de probabilidad máxima para llevar a cabo el algoritmo de
Viterbi, de acuerdo con el valor de debilitamiento de predicción del
canal, y se puede terminar, de este modo, la estimación y
determinación de la señal transmitida. Cuando las señales de banda
base transmitidas son representadas con su fase de modulación MPSK,
todo valor posible de las señales transmitidas en cualquier punto
de tiempo constituye un nodo en el diagrama de rejilla de
decodificación de Viterbi en aquel momento. Dicho receptor
comprende un aparato de igualación de canal, que es un filtro de
retícula RLS, y dicho filtro de retícula RLS comprende una unidad de
retraso (201), una unidad multiplicadora (202), una unidad (203) de
predicción de canal de filtrado de retícula RLS, una unidad (204)
para el cálculo de valor métrico del ramal, una unidad de suma
(206) y una unidad de decodificación Viterbi (205).
Las señales dispersadas son introducidas en el
aparato (200) de igualación de canal en la presente invención; en
la unidad de predicción (203) de canal de filtro de retícula RLS y
otras unidades correspondientes a trayectorias paralelas
("finger"), puede ser obtenido el valor estimado de señal
recibida, correspondiente al nodo _{\phi}n en el tiempo n, de
acuerdo con el valor n_{1},n(_{\phi}n_{-1}) para el
canal en el tiempo n estimado en el nodo _{\phi}n_{-1}, en el
tiempo n-1; en la unidad (204) de cálculo del valor
métrico del ramal, se utiliza la suma del cuadrado de dicho valor
estimado y el cuadrado del error de la señal recibida realmente como
valor métrico de ramal en las trayectorias entre el nodo
_{\phi}n_{-1} y _{\phi}n, desde el tiempo n-1
al tiempo n; en la unidad de suma (206), los resultados del valor
métrico de ramal de las trayectorias de transmisión son sumados
para calcular el valor métrico de trayectoria de cada nodo en el
tiempo n; a continuación, en la unidad de decodificación Viterbi
(205), se llevan a cabo las operaciones del algoritmo Viterbi
(sumar, comparar, y seleccionar) para obtener la trayectoria
superviviente; a continuación, se utilizan los valores de
estimación de símbolo para las trayectorias supervivientes para
demodular la señal siguiente recibida en la unidad de
multiplicación (202); a continuación, el canal en
_{\phi}n_{+1}(_{\phi}n), en el tiempo n+1, es objeto
de estimación en la unidad (203) de predicción de canal de filtrado
de retícula RLS; se repiten dichas etapas hasta que todas las
trayectorias supervivientes convergen en una trayectoria en el
símbolo piloto del segmento de tiempo, de modo final, y la fase
correspondiente a los nodos de dicha trayectoria es el valor de
fase estimado de las señales transmitidas. De acuerdo con la
realización, se obtienen excelentes resultados de la estimación de
canal y decisión de secuencia. Por lo tanto, dicho aparato de
igualación puede ser utilizado en receptores de la parte de arriba
("uplink") y de la parte de abajo ("downlink") que
utilizan técnica PSAM en un sistema celular CDMA.
El método y aparato de acuerdo con la presente
invención se describirá haciendo referencia a otra realización. Se
supondrá como sistema de usuario único, las señales transmitidas son
moduladas por QPSK, se utiliza formato de frecuencia piloto
intermitente en segmentos de tiempo del canal, la longitud de cada
segmento de tiempo Tslot=(Np+Nd)T, de manera que "T" es
la duración de un símbolo único, "Nd" es la longitud de un
símbolo de datos, Np es la longitud del símbolo piloto. La
estructura del segmento de tiempo se ha mostrado en la figura
5.
Se supondrá que el canal multitrayectoria
comprende L trayectorias de transmisión separadas (L= 0, 1, ...,
L-1), pudiendo ser las señales recibidas:
En la que n (t) es ruido de fondo y se puede
considerar como ruido blanco aditivo de Gauss, la densidad del
espectro de potencia de un lado es N_{0}; \alpha_{1}(t)
y \tau_{1} son la ganancia y el retardo de una serie de canales
en la trayectoria 1, respectivamente; s (t) es la señal de banda
base correspondiente transmitida; L es el número de trayectorias de
canal recibidas.
Detección de probabilidad máxima:
Se supondrá que se transmiten N símbolos y la
correspondiente secuencia de fase es \Phi= (\Phi_{0},
\Phi_{1}, ..., \Phi_{n-1}) (N es la
longitud de la secuencia), para un valor dado de \Phi y ganancia
de canal \xi, \xi={\xi_{1,n}=0, 1, ...,
L-1, n=0, 1, 2, ..., N-1} (L es el
número de trayectorias de canal de las señales recibidas), la
función de densidad de probabilidad conjunta de la secuencia de
señales recibidas r={r_{1,n}; 1=0, 1, ..., L-1,
n=0, 1, 2, ..., N-1} puede ser:
En la que N_{0} es la densidad de espectro de
potencia de un lado del ruido blanco de Gauss.
La detección de probabilidad máxima consiste en
decidir la secuencia de señales transmitidas
que hace
mínimo
Para solucionar de manera efectiva el problema de
límite mínimo en la detección de probabilidad máxima, utilizamos,
en este caso, un algoritmo Viterbi de cuatro estados para señales
QPSK. En el diagrama de rejilla del algoritmo de Viterbi (haciendo
referencia a la figura 3), cada nodo representa un punto del
planisferio de señal de cuatro estados. La colección de los estados
y la variación de un momento al momento siguiente constituyen el
gráfico de rejilla de cuatro estados. En la práctica, \xi_{1,n}
de la ecuación (1) es desconocido y se debe substituir por su valor
estimado \xi_{1,n}, por ejemplo, se utiliza la predicción de
avance adaptativa RLSL para estimación de canal, que se describirá
más adelante para completar la estimación del coeficiente de
debilitamiento del canal \xi_{1,n} para todos los nodos de la
rejilla en un momento. En este caso, el valor estimado obtenido en
el nodo \xi_{1},n está representado por
El valor métrico de ramal desde el nodo
\phin_{-1} al nodo \phin se calcula del modo siguiente:
El valor métrico de trayectoria correspondiente
al nodo \phin es el siguiente:
Las operaciones de comparación métrica y
selección de las trayectorias supervivientes, descritas a
continuación son idénticas a a la operación del algoritmo de Viterbi
en decodificación de código de convolución.
Al final de cada segmento de tiempo, se
predetermina la fase de señal piloto de un símbolo y se utiliza como
etiqueta final, de forma que solamente se reserva una trayectoria
superviviente en todo el gráfico de rejilla. Los valores de fase de
los nodos de esta trayectoria son considerados como fases estimadas
de las señales transmitidas en este segmento de tiempo. Se supondrá
que la longitud del símbolo del segmento de tiempo es D, emitiendo
el receptor Viterbi una vez cada D símbolos.
Implementación de la predicción de canal con el
filtro de rejilla RLS: el filtro de estimación de canal óptimo se
ajustará asimismo dinámicamente junto con la variación de canal. Por
lo tanto, a efectos de obtener una estimación de canal satisfactoria
en diferentes medios, se utilizan filtros de rejilla adaptativos de
mínimos cuadrados recurrentes (RLS) como filtro de estimación de
canal en la presente invención. Este filtro tiene un rendimiento
superior.
La figura 6 es un diagrama de bloques del filtro
adaptativo de rejilla RLS.
son valores estimados de
coeficientes de debilitamiento del canal, que son emitidos a partir
de órdenes de filtros de retícula. Las señales recibidas r_{1} (n)
en el tiempo n pasan m órdenes de los filtros RLS (301) y (302) y de
las unidades de retraso (303) y (304), y se emiten todas las órdenes
de errores predicción de avance y
retroceso
de manera que los errores de
predicción de retroceso pasan m órdenes de filtros adaptativos,
siendo ajustados los coeficientes k_{1} (n-1),
(1=0, ..., m) (305), (306), (307), (308) de los filtros adaptativos
de forma adaptativa, de acuerdo con los errores de predicción de
avance y retroceso ef(n), eb(n) creados por
correspondientes órdenes de los filtros adaptativos de la última
vez, y las salidas de orden individual de los filtros adaptativos
son los valores estimados de los coeficientes de debilitamiento de
canal
de todas las fases de los filtros
de retícula
RLS.
Para una trayectoria superviviente
las señales
transmitidas
(en la
que
se recuperan
de
conjugadas, y multiplicadas con las
correspondientes señales recibidas
r_{1}(n-1),
r_{2}(n-2),...,r_{1}(n-m)_{t0}
obteniendo el valor estimado (con ruido) de debilitamiento de canal
del tiempo n-1 al tiempo
n-m:
En el que n'
(n-k)=n(n-k)
*(n-k)
\mu_{1}(n-k) es el
valor estimado de debilitamiento de canal esperado a partir de RLSL
en el tiempo n-k, y el error entre éste y el valor
de debilitamiento del canal en el tiempo n-k objeto
de predicción por RLSL es el error estimado, que es utilizado para
ajustar el coeficiente del filtro adaptativo. Siempre que el
gráfico de rejilla de decodificación Viterbi se extienda a un orden
de nodos, el \mu_{1}(n) en un nuevo momento será cargado
en un RLSL, y los coeficientes de los filtros son renovados, a
efectos de calcular el valor estimado
para debilitamiento del canal en el
momento siguiente. A continuación, el valor estimado es enviado al
cálculo métrico del ramal y partes de decodificación Viterbi para
obtener el valor estimado de la fase \phin de la señal transmitida
correspondiente, y el proceso se
repite.
En la presente invención, se utiliza la
predicción de avance con técnica de filtro de rejilla RLS adaptativa
para estimación de canal. El método RLSL se basa en criterios de
errores de mínimos cuadrados medios y no requiere conocimiento
previo de las características de variación del canal. El filtro de
retícula tiene las siguientes ventajas:
1. Un filtro de retícula de orden m puede
suministrar m salidas de filtro transversales, comprendidas desde
orden 1 a orden m, por lo que el orden óptimo puede ser seleccionado
dinámicamente en un ambiente cambiante.
2. El filtro de retícula tiene ventajas
incluyendo una convergencia rápida y estabilidad (robustez);
3. Un filtro de retícula de orden m comprende m
módulos con la misma estructura, por lo tanto puede facilitar
proceso en paralelo de alta velocidad e implementación del hardware
de VLSI;
4. El filtro de retícula es relativamente
insensible al error de redondeo, por lo que es apropiado para
sistemas reales de proceso de señales digitales.
La figura 7 muestra curvas
SNR-BER del método de estimación de canal utilizando
predicción adaptativa RLSL - Técnica de detección de secuencia MLSE
a diferentes frecuencias Doppler de debilitamiento de canal. Se
observará que, en el caso de baja velocidad de debilitamiento, el
rendimiento de este método es similar al método de estimación de
canal por interpolación de Gauss de segundo orden; no obstante, en
el caso de debilitamiento rápido del canal, el fenómeno de
aplanamiento ("flooring") tendrá lugar en las curvas BER de los
métodos de interpolación, provocando que los métodos de
interpolación no sean válidos; sin embargo, el BER de la presente
invención podrá adaptarse todavía a esta exigencia. Las figuras 8a,
8b y las figuras 9a, 9b son diagramas de capacidades y búsqueda de
métodos de interpolación de Gauss de segundo orden y método de
estimación de canal por predicción adaptativa RLSL - detección de
secuencia MLSE respectivamente. Se observará que, en el caso de
debilitamiento de canal relativamente bajo
(f_{d}T_{slot}=0,0125), ambos pueden reflejar una capacidad real
similar del canal; no obstante, cuando el canal varía con rapidez
(f_{d}t_{slot}=0,4), el método de interpolación de Gauss de
segundo orden ya no es apropiado, pero el método MLSE de predicción
adaptativa RLSL muestra todavía una capacidad favorable de búsqueda
de la variación del canal.
El aparato de igualación de la presente invención
puede funcionar en el caso de canales de debilitamiento rápido, y
elimina la influencia de debilitamiento rápido, resultado del
aumento de velocidad de la estación móvil, y puede satisfacer
exigencias de comunicación móvil 3G para la velocidad de la estación
móvil.
Claims (6)
1. Método para la estimación de canal de
debilitamiento uniforme ("flat fading") en un sistema de
comunicación CDMA, utilizando predicción de avance adaptativa basada
en filtro de rejilla adaptativo y detección de probabilidad máxima
por medio de un decodificador Viterbi, cuyo método comprende las
siguientes etapas:
- a.
- introducir señales de canal dispersadas ("despread") al filtro de rejilla adaptativo del receptor para la predicción del debilitamiento del canal, de acuerdo con la norma LS, para calcular el valor estimado de las señales recibidas correspondientes al nodo \Phi_{n} en el tiempo n y calcular los valores métricos del ramal en trayectorias entre los nodos, desde el tiempo n-1 hasta el tiempo n, de acuerdo con el valor de debilitamiento de predicción del canal;
- b.
- sumar los resultados de medición de los valores métricos del ramal correspondientes a las trayectorias de transmisión para calcular los valores métricos de la trayectoria y obtener las trayectorias supervivientes en el tiempo n con un decodificador Viterbi;
- c.
- demodular el resultado de estimación de señal obtenido a partir de las trayectorias supervivientes, de acuerdo con las señales recibidas correspondientes para obtener el valor estimado de debilitamiento del canal en el tiempo n;
- d.
- ajustar el coeficiente del filtro adaptativo basado en dicho valor estimado de debilitamiento del canal, y a continuación estimar el canal en el tiempo n+1;
- e.
- repetir las fases a \sim d hasta que todas las trayectorias supervivientes converjan en una trayectoria en el símbolo piloto del segmento de tiempo ("time slot"), siendo la fase que corresponde a los nodos de dicha trayectoria el resultado de estimación para las señales transmitidas.
2. Método para la estimación de canal de
debilitamiento uniforme ("flat fading") en un sistema de
comunicación CDMA, en el que: los valores estimados para señales
recibidas, correspondientes a dicho nodo en el tiempo n en la fase
anterior a, es un valor estimado para el canal en el tiempo n, que
es calculado de acuerdo con los nodos en las trayectorias de
transmisión en el tiempo n-1.
3. Método para la estimación de canal de
debilitamiento uniforme ("flat fading") en un sistema de
comunicación CDMA, en el que: dicho valor métrico de ramal en la
etapa b es la suma de los cuadrados de errores entre valores
estimados y valores reales de señales recibidas en trayectorias
entre nodos desde el tiempo n-1 al tiempo n.
4. Método para la estimación de canal de
debilitamiento uniforme ("flat fading") en un sistema de
comunicación CDMA, en el que: dichas trayectorias supervivientes en
dicha etapa b, en el tiempo n, se obtienen del modo siguiente:
añadir resultados de medición de ramal correspondientes a las
trayectorias de transmisión para calcular el valor métrico de
trayectoria de cada nodo en el tiempo n, realizar a continuación las
operaciones del algoritmo de Viterbi (añadir, comparar y
seleccionar) para obtener las trayectorias supervivientes en el
tiempo n.
5. Método para la estimación de canal de
debilitamiento uniforme ("flat fading") en un sistema de
comunicación CDMA, en el que: el coeficiente del filtro adaptativo
en dicha etapa d se refiere al error de estimación entre el valor
estimado de debilitamiento del canal, en el tiempo n, y el valor de
debilitamiento del canal, en el tiempo n, objeto de predicción en el
tiempo n-1.
6. Aparato receptor para la estimación de canal
de debilitamiento uniforme ("flat fading") en un sistema de
comunicación CDMA, que comprende un aparato de igualación de canal
que es un filtro de retícula adaptativo, que comprende una unidad de
retardo (201), una unidad multiplicadora (202), una unidad de
predicción (203) del canal de filtrado de retícula, unidades (204)
de cálculo de valor métrico del ramal, unidad sumadora (206), y una
unidad decodificadora Viterbi (205); en el que se introducen señales
dispersadas en el aparato de igualación de canal; la unidad de
predicción de canal de filtrado de rejilla y otras unidades
paralelas son adaptadas para estimar el valor de la señal recibida
en el nodo \Phi_{n}, en el tiempo n de acuerdo con el valor del
canal en el tiempo n, que es estimado de acuerdo con los nodos
\Phi_{n-1} en las trayectorias de transmisión en
el tiempo n-1; estando adaptadas las unidades (204)
de cálculo métrico del ramal para calcular el error entre el
cuadrado del valor estimado y el cuadrado del valor real de la señal
recibida, para obtener el valor métrico de ramal en trayectorias
entre los nodos del tiempo n-1 al tiempo n; estando
adaptada la unidad de suma (206) para sumar los resultados de
medición de ramal correspondientes a las trayectorias de transmisión
para calcular el valor métrico de trayectoria de cada nodo en el
tiempo n; estando adaptada la unidad de decodificación Viterbi
(205) para llevar a cabo operaciones del algoritmo de Viterbi, para
obtener las trayectorias supervivientes; estando adaptado además el
aparato de recepción para proporcionar iterativamente la unidad
multiplicadora (202) los valores de estimación de símbolo para las
trayectorias supervivientes para demodular la siguiente señal
recibida; y llevar a cabo estimación de canal para el tiempo n+1 en
la unidad de predicción de canal de filtrado de retícula RLS hasta
que todas las trayectorias supervivientes convergen en una
trayectoria en el símbolo piloto del segmento de tiempo, y la fase
correspondiente a los nodos de la trayectoria es el valor de fase
estimado para las señales transmitidas.
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