ES2285363T3 - Establecimiento de correspondencia selectivo en un sistema multiportador. - Google Patents
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Abstract
Método para formar una señal de salida multiportadora para su transmisión en un sistema de comunicaciones, formándose la señal de salida multiportadora, comprendiendo el método: - establecer dos o más conjuntos de señales portadoras, comprendiendo cada conjunto cada una de la pluralidad de señales portadoras y siendo diferente con respecto al(a los) otro(s) conjunto(s) por cuanto la fase de por lo menos una de las señales portadoras es diferente; caracterizado porque: - se determina la amplitud máxima de la señal de salida multiportadora que resultaría del uso de un primer conjunto de dichos conjuntos de señales portadoras para formar la señal multiportadora, y si dicha amplitud máxima está por encima de un umbral predeterminado se realizan las siguientes etapas: (a) seleccionar aquel de entre los conjuntos de señales portadoras que, cuando se use para formar la señal multiportadora, daría como resultado la señal de salida multiportadora con la amplitud máxima más baja; y (b) formar la señal de salida multiportadora modulando cada una de una pluralidad de señales portadoras por medio de una respectiva de entre una pluralidad de señales de datos de dicho conjunto seleccionado de señales portadoras; en cualquier otro caso: se forma la señal de salida multiportadora modulando cada una de una pluralidad de señales portadoras por medio de una respectiva de entre una pluralidad de señales de datos del primer conjunto de señales portadoras.
Description
Establecimiento de correspondencia selectivo en
un sistema multiportador.
La presente invención se refiere a la formación
de señales multiportadora, y en particular a técnicas para reducir
la relación potencia de pico/potencia media de dichas señales. La
invención se puede aplicar especialmente al sistema EDGE (datos
mejorados para la evolución del GSM).
Los transmisores destinados a transmitir señales
incluyen típicamente una sección de generación de señales la cual
genera la señal que se va a transmitir, y una sección de
amplificación la cual amplifica la señal para su transmisión usando
un amplificador de potencia (PA). Cuando se trabaja con un
transmisor linealizado, únicamente es posible linealizar hasta la
potencia de salida saturada del PA que se esté usando; más allá de
este punto, no hay más potencia disponible y el sistema linealizado
actuará como un sistema limitado de forma estricta. El recorte de
los picos de una señal con una envolvente variable (tal como
cualquier señal multiportadora) provocará distorsiones y una
dispersión espectral, con una generación potencial de una magnitud
del vector de error (EVM) significativa. En el caso de un sistema
modulado EDGE, esta situación dará como resultado una distorsión de
intermodulación (IMD), aunque tal y como se especifica en el GSM
0505 existe un límite muy ajustado sobre la distorsión de
intermodulación de -70 dBc. Como consecuencia, el recorte de la
señal tiene un uso limitado.
Para evitar los recortes y el no cumplimiento
del requisito IMD mencionado, en general es necesario que cualquier
amplificador usado disponga de una capacidad de potencia de pico
igual al nivel de los picos esperados de la señal. Este
planteamiento tiene dos implicaciones principales:
I) El tamaño del amplificador (y por lo tanto el
coste del silicio sobre el cual se forma típicamente) lo fija el
requisito de la potencia de pico, no el valor medio. De este modo,
la selección de un amplificador que cumpla el requisito de la
potencia de pico requiere un amplificador mayor que el necesario en
los otros casos.
II) La eficacia del amplificador se basará en
una potencia media a la cual se llega cuando se repliega desde la
saturación en una cantidad por lo menos igual a la PAR (relación
valor de pico/valor medio) y por lo tanto no será óptima.
A partir de estos 2 puntos, puede observarse que
una PAR elevada dará como resultado un amplificador caro de grandes
dimensiones que estará funcionando de forma ineficaz, y es por esta
razón que siempre que es posible se usan técnicas de reducción de
la PAR.
La figura 1 muestra la PAR de un amplificador
LDMOS de clase AB de alta potencia (Psat>400W) en los intervalos
de repliegue con respecto a la potencia de saturación (Psat). La
figura muestra que el amplificador tiene una eficacia aumentada por
la potencia de más del 40% cuando está funcionando con una potencia
saturada total, mientras que con un repliegue de 9 dB la eficacia
ha caído hasta aproximadamente el 17%. Aunque la pendiente de la
curva de eficacia se puede ajustar algo para diferentes diseños del
amplificador, siempre que se use un amplificador de clase AB
(lineal) la pendiente se reducirá cuando el repliegue con respecto a
la Psat aumente. Por ejemplo, en comparación con la curva anterior,
una mejora de 1dB en la PAR desde 9 dB a 8 dB daría como resultado
una mejora de la eficacia del 17% al 19% y un requisito de la
potencia de pico, para un transmisor de potencia medio de 32W (45
dBm), de 252W a 200W. Este diseño podría ahorrar 72 dólares por
amplificador, suponiendo un coste de 1,4 dólares por vatio.
La relación valor de pico/valor medio es un
problema en todos los sistemas de modulación de envolvente variable.
En dichos sistemas, se ha usado durante mucho tiempo el recorte en
banda base para limitar los picos máximos de las señales.
La solución de compromiso entre la reducción de
la PAR y el error de pico en el dominio del código es el factor
limitativo para saber hasta qué nivel se pueden reducir los picos.
Esta cuestión está documentada adecuadamente y no se describe en el
presente documento.
En un sistema EDGE multiportadora, las
portadoras se suman entre sí, no en banda base sino en el dominio RF
(por lo menos se debe aplicar cierto desplazamiento de frecuencias
para alcanzar una separación de las portadoras, incluso en el
dominio digital), y por lo tanto la señal PAR multiportadora de
valor elevado no aparece hasta después de los filtros de
conformación de los impulsos de banda base. Esta distinción también
significa que cualquier dispersión espectral o distorsión provocada
por el recorte de la señal no puede ser recuperada por los filtros
de conformación de los impulsos.
La patente US nº 6.125.103 da a conocer un
método para reducir picos de señales en una señal transmitida
mediante la generación de varias secuencias alternativas
equivalentes a la información y la selección de la secuencia más
favorable para la transmisión. Las secuencias equivalentes a la
información se generan mediante multiplicación con un valor
complejo para dar como resultado una rotación de la fase.
El documento "A comparison of peak power
reduction schemes for OFDM" de Muller S.H. et al da a
conocer un método similar al descrito en la patente US nº
6.125.103. Se usan unos factores de rotación de valor complejo para
generar una selección de portadoras rotadas en fase. Se ejecuta una
optimización del valor de pico para seleccionar las portadoras para
las cuales se minimiza la PAR.
Por esta razón, existe la necesidad de una forma
mejorada para la formación de señales con vistas a reducir
preferentemente la PAR típica y por lo tanto reducir las exigencias
sobre el amplificador de potencia del transmisor.
Según uno de los aspectos de la presente
invención, se proporciona un método para formar una señal de salida
multiportadora para su transmisión en un sistema de comunicaciones,
formándose la señal de salida multiportadora a partir de una
pluralidad de señales de datos moduladas cada una de ellas con una
respectiva de entre una pluralidad de señales portadoras,
comprendiendo el método el establecimiento de dos o más conjuntos de
señales portadoras, comprendiendo cada conjunto cada una de entre
la pluralidad de señales portadoras y siendo diferente con respecto
al(a los) otro(s) conjunto(s) en la fase de por
lo menos una de las señales portadoras; la determinación de la
amplitud máxima de la señal de salida multiportadora que resultaría
del uso de un primer conjunto de señales portadoras para formar la
señal multiportadora, y si dicha amplitud máxima está por encima de
un umbral predeterminado se realizan las siguientes etapas: (a)
seleccionar aquel de entre los conjuntos de señales portadoras que,
cuando se use para formar la señal multiportadora, daría como
resultado la señal de salida multiportadora con la amplitud máxima
más baja; y (b) formar la señal de salida multiportadora a partir de
la pluralidad de señales de datos moduladas cada una de ellas con
la respectiva de entre la pluralidad de señales portadoras de dicho
conjunto seleccionado; y en cualquier otro caso: se forma la señal
de salida multiportadora a partir de la pluralidad de señales de
datos moduladas con la respectiva de entre la pluralidad de señales
portadoras del primer conjunto.
De acuerdo con un segundo aspecto de la
invención se proporciona un transmisor para formar una señal de
salida multiportadora para su transmisión en un sistema de
comunicaciones, formándose la señal de salida multiportadora a
partir de una pluralidad de señales de datos moduladas cada una de
ellas con una respectiva de entre una pluralidad de señales
portadoras, estando configurado el transmisor para: establecer dos o
más conjuntos de señales portadoras, comprendiendo cada conjunto
cada una de la pluralidad de señales portadoras y siendo diferente
con respecto al(a los) otro(s) conjunto(s) en
la fase de por lo menos una de las señales portadoras; determinar
la amplitud máxima de la señal de salida multiportadora que
resultaría del uso de un primer conjunto de señales portadoras para
formar la señal multiportadora, y si dicha amplitud máxima está por
encima de un umbral predeterminado: (a) seleccionar aquel de entre
los conjuntos de señales portadoras que, cuando se use para formar
la señal multiportadora, daría como resultado la señal de salida
multiportadora con la amplitud máxima más baja; y (b) formar la
señal de salida multiportadora a partir de la pluralidad de señales
de datos moduladas cada una de ellas con la respectiva de entre la
pluralidad de señales portadoras de dicho conjunto seleccionado; y
en cualquier otro caso: formar la señal de salida multiportadora a
partir de la pluralidad de señales de datos moduladas con la
respectiva de entre el primer conjunto.
Según un tercer aspecto de la invención, se
proporciona un método para formar una señal de salida multiportadora
para su transmisión en un sistema de comunicaciones, estando
destinada la señal de salida multiportadora a ser transmitida en un
sistema de comunicaciones, formándose la señal de salida
multiportadora a partir de una pluralidad de señales de datos
moduladas cada una de ellas con una respectiva de entre una
pluralidad de señales portadoras, comprendiendo el método: el
establecimiento de un conjunto de señales portadoras; la
determinación de la amplitud máxima de la señal multiportadora que
resultaría de de la modulación de cada de entre la pluralidad de
señales de datos con la respectiva de entre la pluralidad de señales
portadoras de dicho conjunto; y si la amplitud máxima determinada
está por debajo de un umbral predeterminado, se forma la señal
multiportadora modulando cada una de entre la pluralidad de señales
de datos con la respectiva de entre la pluralidad de señales
portadoras de dicho conjunto; y en cualquier otro caso; se modifica
la fase de por lo menos una de las señales portadoras del conjunto,
y se forma la señal multiportadora modulando cada una de ente la
pluralidad de señales de datos con la respectiva de entre la
pluralidad de señales portadoras del conjunto, incluyendo la por lo
menos una señal portadora que tiene una fase modificada.
Preferentemente, dicha etapa de establecimiento
comprende: se forma un primer conjunto de la pluralidad de señales
portadoras; y se forma el otro o cada uno de los otros conjuntos de
la pluralidad de las señales portadoras duplicando un conjunto
formado previamente de las señales portadoras aunque con la fase de
una o más de las señales portadoras modificada en una magnitud
aleatoria. La magnitud aleatoria puede ser una magnitud
seudoaleatoria.
Preferentemente, dicha etapa de establecimiento
comprende: se forma un primer conjunto de la pluralidad de señales
portadoras; y se forma el otro o cada uno de los otros conjuntos de
la pluralidad de señales portadoras duplicando un conjunto
previamente formado de las señales portadoras aunque con la fase de
una o más de las señales portadoras modificada en una magnitud
predeterminada. La magnitud predeterminada se puede seleccionar de
entre un conjunto de magnitudes predeterminadas. El conjunto de
magnitudes predeterminadas puede ser múltiplos enteros de una única
magnitud. Con la mayor preferencia, el conjunto de magnitudes
predeterminadas comprende uno o más de los valores: \pi/2, \pi,
3\pi/2. Esto permite una implementación sencilla ya que para
realizar las rotaciones de fase mencionadas se pueden usar
multiplicaciones por solamente 1 y -1.
Preferentemente, dicha etapa de selección
comprende: para cada uno de los conjuntos de señales portadoras: se
forma una señal multiportadora modulando cada una de las señales de
datos con la señal portadora respectiva de ese conjunto, se
combinan a las señales moduladas y se determina la amplitud máxima
de la señal combinada. Alternativamente, la amplitud máxima se
puede determinar por simulación.
\newpage
Preferentemente, el método comprende la
formación repetida de uno de dichos conjuntos de señales portadoras
y la determinación de la amplitud máxima que presentaría la señal de
salida multiportadora si dicho conjunto de señales portadoras se
usara para formar la señal multiportadora, hasta que la amplitud
máxima determinada esté por debajo de un umbral predeterminado. Si
ninguno de entre un número predeterminado de conjuntos formados
diera como resultado el que la amplitud máxima determinada estuviera
por debajo del umbral, en ese caso se puede seleccionar aquel de
entre dichos conjuntos que dé como resultado la amplitud máxima más
baja.
El sistema de comunicaciones puede ser un
sistema de comunicaciones GSM, WCDMA o EDGE. Alternativamente, puede
ser un sistema de otro tipo.
La señal de salida multiportadora es
adecuadamente una ráfaga del sistema de comunicaciones.
Alternativamente, puede ser un bloque de señal más largo o más
corto. Adecuadamente, dichas etapas de selección y formación se
realizan para cada ráfaga o cada uno de los otros bloques. Dicha
etapa de establecimiento se puede realizar para cada ráfaga o cada
uno de los otros bloques o para varias ráfagas/bloques.
Cada una de las señales de datos podría
comprender un número mayor o menor que 100 símbolos.
El método puede comprender la amplificación de
la señal de salida multiportadora y la transmisión de la señal
amplificada a través de una antena. Preferentemente, la señal se
amplifica por medio de un amplificador de potencia lineal.
A continuación se describirá la presente
invención a título de ejemplo, haciendo referencia a los dibujos
adjuntos, en los que:
la figura 1 muestra la PAR de un amplificador
LDMOS de clase AB de alta potencia;
la figura 2 muestra el esquema de
establecimiento de correspondencia de los símbolos EDGE;
la figura 3 ilustra el esquema de desplazamiento
de 3pi/8 EDGE;
la figura 4 muestra el diagrama de constelación
EDGE;
la figura 5 muestra los resultados de algunas
simulaciones que representan la PAR con respecto al tiempo;
la figura 6 muestra los resultados de un
algoritmo de modificación de la fase de modulación; y
la figura 7 muestra un aparato para ejecutar el
algoritmo de modificación de la fase.
La modulación usada en el sistema EDGE se
especifica en la sección 3 del documento de normas GSM 0504. Implica
las siguientes etapas:
Se combinan tres bits de datos usando un código
Gray para formar un símbolo 8 psk. La conversión de los bits de
modulación a símbolos se realiza según la siguiente tabla.
A continuación se establece una correspondencia
de los símbolos según el esquema ilustrado en la figura 2.
Se realiza una rotación continua de los símbolos
con un desplazamiento de 3pi/8 definido por:
Esta situación se ilustra en la figura 3.
A continuación, la señal se conforma en impulsos
por medio de un filtro que constituye una aproximación de la
respuesta espectral Gaussiana general del sistema GSM. Esto da como
resultado un diagrama de constelación tal como se muestra en la
figura 4.
Como consecuencia de estas etapas, una señal
modulada EDGE de una sola portadora presenta una PAR de
aproximadamente 3,1 dB. Para una señal EDGE de múltiples
portadoras, la PAR del peor caso depende del número de portadoras.
Típicamente, la PAR del peor caso de señales multiportadoras es la
siguiente:
2 portadoras = 3 dB
4 portadoras = 6 dB
8 portadoras = 9 dB
Si cada una de las portadoras tiene aplicada
sobre ella una modulación EDGE con una PAR propia de 3,1 dB, en ese
caso los valores de la PAR del peor caso resultan:
2 portadoras = 6,1 dB
4 portadoras = 9,1 dB
8 portadoras = 12,1 dB
Para que en la práctica, en un sistema
multiportadora, se produzca una potencia de pico del peor de los
casos, debe ocurrir que:
i) la modulación de las señales portadoras
individuales debe encontrarse en una amplitud de pico; y al mismo
tiempo
ii) las portadoras RF (o la frecuencia de
separación) deben presentar la misma fase al mismo tiempo.
Un símbolo EDGE dura 3,69 ms y pueden observarse
picos por encima de 3 dB que duran aproximadamente 4,8 ms (250
ciclos de reloj @ muestreo 52 MHz). Para ilustrar esta situación, la
figura 5 muestra los resultados de algunas simulaciones que
representan la PAR con respecto al tiempo.
Se ha analizado la probabilidad estadística de
que se produzcan ciertas potencias de pico para señales EDGE de
múltiples portadoras. Sobre la base de estos resultados, las
relaciones PAR que se alcanzarían con una probabilidad del 0,1%
son:
2 portadoras = 6,3 dB
4 portadoras = 8 dB
8 portadoras = 8,5 dB
16 portadoras = 9 dB
(Comparativamente, la PAR de una sola portadora
del sistema EDGE para esta simulación fue de 3,6 dB). Estos valores
son considerablemente menores que los valores del peor caso, y como
resultado se obtiene una mayor mejora estadística cuando el número
de portadoras aumenta.
En realidad, las diferentes señales EDGE se
encontrarán en torno a una frecuencia IF igual a su separación
entre portadoras. Por esta razón, las fases de las diferentes
señales no serán constantes una con respecto a otra.
A medida que aumenta el número de portadoras, se
reduce la probabilidad de que las portadoras con la frecuencia de
separación se alineen para formar un pico. Las simulaciones que
hacen uso de múltiples ondas sinusoidales con una separación de 600
kHz indican que la probabilidad de que una señal de 4 portadoras
alcance su peor caso es bastante alta (0,1%), a medida que se eleva
el número de portadoras, disminuye la probabilidad de una
combinación del peor caso, en este caso, con datos por un
equivalente a 500 intervalos de tiempo, el valor máximo para 8
portadoras es aproximadamente 8,5 dB y para 16 portadoras
aproximadamente 9,5 dB.
La sección 3,3 del GSM 05.04 establece:
"Antes de que el primer bit de las ráfagas,
según se define en el GSM 05.02, entre en el modulador, el estado
del modulador no está definido. Además, después del último bit de la
ráfaga, el estado del modulador no está definido. Los bits de cola
(ver el GSM 05.02) definen el inicio y la parada de la parte activa
y la parte útil de la ráfaga según se ilustra en la figura 3. No se
especifica nada sobre la fase concreta de la señal de salida del
modulador fuera de la parte útil de la ráfaga."
Este planteamiento tiene sentido ya que el móvil
recupera su información de fase referente a la secuencia de
entrenamiento en la parte central de la ráfaga. Los inventores de la
presente invención han identificado que esta especificación deja
libertad a los diseñadores para cambiar la fase en el inicio de la
ráfaga a cualquier valor arbitrario, y que esta opción se podría
aprovechar de forma ventajosa para permitir una mejora de la
eficacia.
Cada ráfaga EDGE se puede considerar como un
acontecimiento aislado. Tal como se ha expresado anteriormente en
líneas generales, las relaciones valor de pico/valor medio más
grandes son estadísticamente poco frecuentes, y por lo tanto la
probabilidad de que se produzca un pico debido a la suma de señales
moduladas para proporcionar una PAR elevada en una ráfaga
multiportadora cualquiera es baja. No obstante, si antes de que la
señal pase al amplificador de potencia se detectara una
coincidencia de señales que se podían sumar para provocar un pico
de este tipo, dicha suma se podría evitar variando la fase de una o
más de las portadoras que de otro modo provocarían el pico. Esta
técnica se describe a continuación más detalladamente.
La señal bajo evaluación se puede modelar como
una envolvente compleja:
en la que A(t,i) es el
término definido por modulación y e^{(j \omega_{i}t + \phi_{i})}
describe la posición en frecuencia de la señal de una sola portadora
dentro de la banda multiportadora y el desplazamiento de fase entre
ellas. El objetivo es minimizar la relación valor de pico/valor
medio (PAR) de la señal
transmitida.
Según el modelo de señal definido en la sección
anterior, existen varias opciones para reducir la PAR de la señal
de salida. En primer lugar, los términos A(t,i) se pueden
modificar de manera que se minimice la PAR. En este caso, resulta
adecuado el término "recorte", ya que la modificación crea un
error (EVM) en la señal de salida. Como alternativa, se pueden
ajustar los términos de frecuencia \omega_{i} de cada portadora,
aunque esta opción provoca un error de frecuencia en la señal
transmitida y el mismo está limitado por las especificaciones en un
entorno EDGE. Una tercera opción consiste en ajustar el
desplazamiento de fase \phi_{i} de cada portadora. En el caso
de que el ajuste se realice ráfaga a ráfaga, el mismo no provoca
ningún error en la señal transmitida y por lo tanto se considera
como una opción alternativa o de apoyo para los algoritmos
recortadores.
Al usar una de las formas de realización de la
presente técnica, se identifican las ráfagas en las que podrían
aparecer picos grandes y, para evitar la aparición de los picos, se
manipula la fase de inicio de uno o más de los moduladores cuando
se modulan uno o más de los canales que forman la ráfaga.
La(s) fase(s) de las portadoras durante una ráfaga se
cambia(n) entre ráfagas y se mantiene durante toda la
longitud de la ráfaga en cuestión. Al final de la ráfaga,
la(s) fase(s) se puede(n) cambiar nuevamente, o
se puede mantener igual.
Hay disponibles numerosas formas de realización
específicas para reducir la amplitud de los picos. En general, se
establecen dos o más conjuntos de las señales portadoras que se
podrían usar (según la norma correspondiente al sistema de
comunicaciones en cuestión) para modular una ráfaga, y se
selecciona, para ser usado, el correspondiente que daría como
resultado la amplitud máxima más baja para la señal que se obtendría
como resultado cuando se combinaran las señales moduladas.
En una de las formas de realización, se pueden
establecer todos los conjuntos y se selecciona el correspondiente
que daría como resultado la amplitud máxima más baja. En otra de las
realizaciones, se fija un umbral predeterminado para una amplitud
máxima aceptable correspondiente a una ráfaga. Los conjuntos se
establecen de forma sucesiva y una vez que se halla un conjunto que
daría como resultado la ráfaga con una amplitud máxima por debajo de
dicho umbral, se selecciona dicha ráfaga. En ocasiones puede
ocurrir que el primer conjunto a seleccionar satisfaga la condición
del umbral, aunque en otras iteraciones puede que se tengan que
probar varios conjuntos. Puede que sea necesario fijar un máximo
sobre el número de pruebas a usar, con vistas a mantener el
procesado requerido dentro de unos límites disponibles. Una vez que
se haya alcanzado ese número de pruebas, se puede seleccionar el
conjunto que hubiera dado como resultado la amplitud de pico más
baja.
El establecimiento de los conjuntos se puede
realizar según cualquier forma conveniente. Por ejemplo, se puede
realizar modificando aleatoriamente la fase de una o más de las
señales portadoras. Alternativamente, se puede realizar
determinísticamente modificando la fase de una o más de las señales
portadoras. En una de las formas de realización preferidas, las
modificaciones de fase que están disponibles están limitadas a una
cualquiera o más de entre \pi/2, \pi, y 3\pi/2. Estas
rotaciones se pueden realizar usando únicamente multiplicaciones
por 1 y -1, lo cual hace que resulten particularmente cómodas de
ejecutar. También satisface esta condición una rotación de 0 (sin
modificación).
La determinación de cuál de los conjuntos daría
como resultado la amplitud máxima más baja se puede realizar
aplicando la modulación, midiendo la amplitud máxima que se obtiene
como resultado, y comparando los máximos determinados; o por
simulación.
El máximo puede ser un máximo absoluto, o puede
ser la relación valor de pico/valor medio.
Uno de los ejemplos de un algoritmo para
implementar la técnica implica la medición de la PAR correspondiente
a una ráfaga multiportadora y, si se registra un cierto nivel de
PAR, a los moduladores se les asigna una fase de inicio aleatoria
alternativa. Este es un algoritmo relativamente simplista para
eliminar los picos y computacionalmente es algo intensivo.
Algoritmos más sofisticados podrían ajustar simplemente la fase de
inicio de un subconjunto de los canales, y el desplazamiento se
podría determinar de una manera coordinada en lugar de
aleatoriamente.
Debería observarse que como la probabilidad de
que se produzca un pico de la PAR en cualquier ráfaga es baja,
resulta aceptable implementar simplemente un ajuste aleatorio de
la(s) fase(s). Tras haber cambiado la fase de las
portadoras para evitar un pico, la probabilidad de que se produzca
otro en la misma ráfaga es baja.
La fase de las portadoras individuales, una con
respecto a la otra, se puede ajustar variando la fase de la
rotación de fase de 3pi/8 del modulador EDGE. En otros sistemas se
podrían usar otros medios para ajustar la fase.
La figura 6 ilustra los resultados de una
simulación que hace uso del algoritmo relativamente simplista antes
descrito. Los resultados, incluso para este algoritmo, muestran que
para una probabilidad del 0,01%, la relación valor de pico/valor
medio se ha reducido de 8 dB a aproximadamente 7 dB, una mejora de 1
dB. Al usar el amplificador ilustrativo descrito en referencia a la
figura 1, este planteamiento daría como resultado una mejora de la
eficacia del 18% al 21,5% (mejora del 3,5%), y un ahorro de los
costes de 56 dólares (potencia de pico de 200W a 160W para un valor
medio de 32W y suponiendo 1,4 dólares/W).
Como la presente técnica es esencialmente
predictiva, y debe implementar todas las rotaciones de fase sobre
la señal en el inicio de la ráfaga RF, requiere que la
identificación de 1 pico potencial se realice por lo menos con un
intervalo de tiempo de anticipación con respecto al pico potencial,
de manera que la acción correctora se realice a tiempo. Si dicho
retardo es tolerable en el modulador de una instalación potencial,
en ese caso la técnica se puede implementar solamente en dicho
modulador. En cualquier otro caso, es necesario un procesado
adicional después del modulador según el sentido de avance.
En el proceso de codificación se produce un
retardo considerable introducido en el enlace por el proceso de
entrelazado. Para un canal de tráfico, el mismo se realiza en un
ciclo de 114*4 = 456 bits de datos los cuales se extienden sobre 8
mitades de intervalos de tiempo y se transmiten sobre 8 tramas. El
retardo de transmisión total incluyendo un canal SCCH adicional
desde la primera ráfaga a la última de un bloque es un periodo de
(9*8)-7 = 65 ráfagas o 37,5 ms. (Ver "GSM for
mobile Communications"; M. Mouley, M. Pautet Section 4.3.2).
Llegado este momento, la información requerida
para llevar a cabo la predicción está disponible y la misma se
podría procesar sin ningún retardo adicional sobre la señal. A
continuación, los algoritmos de predistorsión podrían pasar una
fase de inicio adecuada para cada ráfaga al modulador. Para realizar
la predicción correctamente, el entrelazador de cada canal físico
debería poder compartir información sobre los diferentes canales
(incluyendo el número de canal).
La figura 7 muestra esquemáticamente un aparato
para ejecutar la presente técnica. El aparato de la figura 7 está
destinado a procesar datos de dos canales, recibidos por el aparato
en las referencias 1 y 2. Los datos entrantes se retardan en las
unidades de retardo respectivas 3 y 4 para permitir que transcurra
un tiempo para el procesado en el bloque 7, y a continuación se
trasladan a los moduladores respectivos 5 y 6. En los moduladores,
los flujos continuos de datos entrantes se modulan ráfaga a ráfaga.
La fase de cada modulador la fija el bloque de procesado 7. Las
salidas de los moduladores se combinan para formar una señal
multicanal la cual es amplificada por el amplificador de potencia 8
y a continuación transmitida hacia la antena 9.
El bloque de procesado 7 incluye una unidad de
simulación de la señal 10 y unos medios de almacenamiento 11, 12
los cuales almacenan las fases en curso de los moduladores 5, 6.
Cuando en las referencias 1, 2 se reciben los datos que representan
una ráfaga, la unidad de simulación de la señal simula la señal
multiportadora que se obtendrá como resultado de la modulación de
dichos datos usando las fases en curso de los moduladores. La señal
multiportadora simulada se traslada a una unidad de decisión 13. Si
la PAR de la señal multiportadora simulada no sobrepasa un umbral
fijado previamente, en ese caso la unidad de decisión no realiza
ninguna acción más. Si la PAR supera el umbral, en ese caso la
unidad de decisión cambia aleatoriamente las fases almacenadas en
las referencias 11 y 12 y traslada las fases nuevas a los
moduladores para que las usen en la modulación de la ráfaga en
curso. La unidad de retardo impone un retardo tal que una vez que se
ha realizado este procesado, los datos correspondientes a la ráfaga
se trasladan a los moduladores para su modulación según las fases
fijadas.
Ha sido investigada la solución de compromiso
estadística entre un nivel bajo del recorte y el nivel de potencia
medio de los productos de distorsión que son provocados por el
primero. También cabe la posibilidad de un recorte suavizado para
reducir la distorsión espectral.
Tal como se ha indicado anteriormente, se sabe
que una señal con una PAR elevada plantea unas exigencias altas
sobre la linealidad del amplificador de potencia y por lo tanto
reduce la eficacia de potencia obtenible y hace que aumente el
consumo de potencia del amplificador de potencia. Para mejorar la
eficacia, se buscan algoritmos para reducir la relación valor de
pico/valor medio de la señal transmitida. Los algoritmos
recortadores proporcionan un método para reducir la PAR a cambio de
aumentar la Magnitud del Vector de Error (EVM) de la señal
transmitida. Ya se han estudiado diferentes algoritmos recortadores
en el caso de una señal WCDMA y según los resultados, se han
propuesto algunos algoritmos para la implementación.
A continuación se presentarán algunos algoritmos
para reducir la PAR.
Seguidamente se estudian las características de
la señal EDGE (8-PSK) multiportadora y se consideran
algunas limitaciones para el comportamiento del módulo
recortador.
La PAR de una señal modulada EDGE es
aproximadamente 3,2 dB. Teóricamente, en el caso de una señal
multiportadora, la PAR aumenta en 3 dB cada vez que se dobla el
número de portadoras. Por otro lado, según el teorema del límite
central, la suma de una gran cantidad de señales aleatorias es una
aproximación de una señal según una función Gaussiana y por lo
tanto la distribución de amplitud de la señal multiportadora se
aproxima a la distribución de Rayleigh a medida que aumenta la
cantidad de portadoras. La misma constituye una aproximación
aceptable de la señal transmitida, por ejemplo, ya con 8 portadoras,
y es la que se usa en el presente caso debido a su simplicidad.
En esta sección, se consideran algunos
algoritmos para ajustar la fase inicial de una ráfaga. Tal como se
ha indicado anteriormente, el ajuste de la fase inicial se debe
realizar antes de que comience la modulación en cuestión de la
ráfaga.
Con fines comparativos se evaluaron dos
algoritmos de fijación de fase para el caso de 8 portadoras. El
primero de ellos implica la limitación de la resolución de fase a
90 grados y la consideración de la combinación de fase óptima de
cuatro señales de entrada. En el caso de 8 señales de entrada, se
suman los pares de señales con fase aleatoria para formar cuatro
señales. Para las cuatro señales resultantes, se crean todas las
combinaciones y se selecciona la mejor.
El segundo algoritmo que se ha estudiado suma la
segunda señal a la primera con la mejor fase (usando una resolución
seleccionada, en este caso 45 grados). Después de esto, a la
combinación de las anteriores dos señales se le suma la tercera, y
así sucesivamente para las otras portadoras.
En la práctica, las características de
frecuencia requeridas se pueden crear filtrando un impulso con un
banco de filtros, presentando cada uno de los filtros la respuesta
de cada subportadora.
La presente invención no se limita a su uso en
un sistema GSM/EDGE.
Por la presente el solicitante da a conocer de
forma aislada cada característica individual descrita en el
presente documento y cualquier combinación de dos o más de estas
características, en la medida que dichas características o
combinaciones se puedan llevar a cabo sobre la base de la presente
memoria descriptiva en su conjunto, considerando los conocimientos
generales habituales de los expertos en la materia, con
independencia de si dichas características o combinaciones de
características resuelven cualquiera de los problemas dados a
conocer en la presente memoria, y sin limitaciones en el alcance de
las reivindicaciones. El solicitante indica que los aspectos de la
presente invención pueden constar de cualquiera de dichas
características o combinación de características. Considerando la
descripción anterior, resultará evidente para un experto en la
materia que se pueden realizar varias modificaciones dentro del
alcance de la invención.
Claims (14)
1. Método para formar una señal de salida
multiportadora para su transmisión en un sistema de comunicaciones,
formándose la señal de salida multiportadora, comprendiendo el
método:
- -
- establecer dos o más conjuntos de señales portadoras, comprendiendo cada conjunto cada una de la pluralidad de señales portadoras y siendo diferente con respecto al(a los) otro(s) conjunto(s) por cuanto la fase de por lo menos una de las señales portadoras es diferente; caracterizado porque:
- se determina la amplitud máxima de la señal de
salida multiportadora que resultaría del uso de un primer conjunto
de dichos conjuntos de señales portadoras para formar la señal
multiportadora, y si dicha amplitud máxima está por encima de un
umbral predeterminado se realizan las siguientes etapas:
- (a)
- seleccionar aquel de entre los conjuntos de señales portadoras que, cuando se use para formar la señal multiportadora, daría como resultado la señal de salida multiportadora con la amplitud máxima más baja; y
- (b)
- formar la señal de salida multiportadora modulando cada una de una pluralidad de señales portadoras por medio de una respectiva de entre una pluralidad de señales de datos de dicho conjunto seleccionado de señales portadoras;
en cualquier otro caso: se forma la señal de
salida multiportadora modulando cada una de una pluralidad de
señales portadoras por medio de una respectiva de entre una
pluralidad de señales de datos del primer conjunto de señales
portadoras.
2. Método según la reivindicación 1, en el que
dicha etapa de establecimiento comprende:
- formar un primer conjunto de la pluralidad de
señales portadoras; y
- formar el otro conjunto, o, cada uno de los
otros conjuntos, de la pluralidad de señales portadoras duplicando
un conjunto formado previamente de las señales portadoras aunque con
la fase de una o más de las señales portadoras modificada en una
magnitud aleatoria.
3. Método según la reivindicación 1, en el que
dicha etapa de establecimiento comprende:
- formar un primer conjunto de la pluralidad de
señales portadoras; y
- formar el otro conjunto, o, cada uno de los
otros conjuntos, de la pluralidad de señales portadoras duplicando
un conjunto previamente formado de las señales portadoras aunque con
la fase de una o más de las señales portadoras modificada en una
magnitud predeterminada.
4. Método según la reivindicación 3, en el que
la magnitud predeterminada se selecciona de entre un conjunto de
magnitudes predeterminadas.
5. Método según la reivindicación 4, en el que
el conjunto de magnitudes predeterminadas comprende uno o más de
los valores: \pi/2, \pi, 3\pi/2.
6. Método según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, en el que dicha etapa de selección
comprende:
para cada uno de los conjuntos de señales
portadoras: formar una señal multiportadora modulando cada una de
las señales de datos con la señal portadora respectiva de ese
conjunto, combinar las señales moduladas y se determina la amplitud
máxima de la señal combinada.
7. Método según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, que comprende la formación repetida de
uno de dichos conjuntos de señales portadoras y la determinación de
la amplitud máxima que presentaría la señal de salida
multiportadora si dicho conjunto de señales portadoras se usara para
formar la señal multiportadora, hasta que la amplitud máxima
determinada esté por debajo de un umbral predeterminado.
8. Método según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, en el que el sistema de comunicaciones
es un sistema de comunicaciones GSM, WCDMA o EDGE.
9. Método según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, en el que la señal de salida
multiportadora es una ráfaga del sistema de comunicaciones.
10. Método según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, en el que cada una de las señales de
datos comprende más de 100 símbolos.
\newpage
11. Método según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, que comprende la amplificación de la
señal de salida multiportadora y la transmisión de la señal
amplificada a través de una antena.
12. Método según la reivindicación 11, en el que
la señal se amplifica por medio de un amplificador de potencia
lineal.
13. Transmisor para formar una señal de salida
multiportadora para su transmisión en un sistema de comunicaciones,
formándose la señal de salida multiportadora, estando configurado el
transmisor para:
- establecer dos o más conjuntos de señales
portadoras, comprendiendo cada conjunto cada una de la pluralidad
de señales portadoras y siendo diferente con respecto al(a
los) otro(s) conjunto(s) por cuanto la fase de por lo
menos una de las señales portadoras es diferente;
caracterizado porque el transmisor está configurado
para:
- determinar la amplitud máxima de la señal de
salida multiportadora que resultaría del uso de un primer conjunto
de dichos conjuntos de señales portadoras para formar la señal
multiportadora, y si dicha amplitud máxima está por encima de un
umbral predeterminado:
- (a)
- seleccionar aquel de entre los conjuntos de señales portadoras que, cuando se use para formar la señal multiportadora, daría como resultado la señal de salida multiportadora con la amplitud máxima más baja; y
- (b)
- formar la señal de salida multiportadora modulando cada una de una pluralidad de señales portadoras por medio de una respectiva de entre una pluralidad de señales de datos de dicho conjunto seleccionado de señales portadoras;
en cualquier otro caso: formar la señal de
salida multiportadora modulando cada una de una pluralidad de
señales portadoras por medio de una respectiva de entre una
pluralidad de señales de datos del primer conjunto de señales
portadoras.
14. Método para formar una señal de salida
multiportadora para su transmisión en un sistema de comunicaciones,
formándose la señal de salida multiportadora mediante la modulación
de cada una de una pluralidad de señales portadoras por medio de
una respectiva de entre una pluralidad de señales de datos,
comprendiendo el método:
- establecer un conjunto de señales
portadoras;
- determinar la amplitud máxima de la señal
multiportadora que resultaría de la modulación de cada una de entre
la pluralidad de señales portadoras de dicho conjunto por medio de
una respectiva de entre la pluralidad de señales de datos; y
- si la amplitud máxima determinada está por
debajo de un umbral predeterminado, formar la señal multiportadora
modulando cada una de entre la pluralidad de señales portadoras de
dicho conjunto por medio de una respectiva de entre la pluralidad
de señales de datos;
en cualquier otro caso:
modificar la fase de por lo menos una de las
señales portadoras del conjunto, y formar la señal multiportadora
modulando cada una de entre la pluralidad de señales portadoras de
dicho conjunto por medio de una respectiva de entre la pluralidad
de señales de datos, incluyendo dicha por lo menos una señal
portadora que tiene una fase modificada.
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