ES2301559T3

ES2301559T3 - Diversidad de retardo ciclica para mitigar la isi en sistemas ofdm.

Info

Publication number: ES2301559T3
Application number: ES01958741T
Authority: ES
Inventors: Peter Larsson
Original assignee: Telefonaktiebolaget LM Ericsson AB
Current assignee: Telefonaktiebolaget LM Ericsson AB
Priority date: 2000-09-22
Filing date: 2001-08-02
Publication date: 2008-07-01
Anticipated expiration: 2021-08-02
Also published as: JP4988137B2; EP1319278A1; CN1476695A; JP2004509556A; CN1291563C; CA2421768C; WO2002025857A1; ATE387769T1; US6842487B1; CA2421768A1; DE60133015D1; DE60133015T2; AU2001280362A1; EP1319278B1

Abstract

En un sistema de radiocomunicación, un método para transmitir una señal que comprende las etapas de: pasar la señal a través de cada una de una pluralidad de trayectorias de antena, en el que la señal incluye un número (N) de posiciones, incluyendo cada una de las posiciones una muestra (1, 2, 3...N); recibir la señal en una trayectoria de antena; caracterizado por las etapas adicionales de desplazar cíclicamente las muestras de la señal, cuando se recibe en la trayectoria de antena, en el dominio del tiempo un número predeterminado de posiciones, en el que las muestras desplazadas más allá del número de posiciones en la señal se desplazan hacia un principio o un final de la señal; incluir un número de muestras o bien del final o bien del principio de la señal desplazada en el intervalo de guarda (CP); y transmitir la señal desplazada y el intervalo de guarda en la trayectoria de antena.

Description

Diversidad de retardo cíclico para mitigar la ISI en sistemas OFDM.

Antecedentes

La presente invención se refiere a diversidad de transmisión. Más en particular, la presente invención se refiere a mitigar interferencia intersímbolo en sistemas que emplean diversidad de transmisión de retardo.

En transmisiones de radio, una señal transmitida puede desviarse por edificios u otros obstáculos entre un transmisor y un receptor. La desviación puede provocar que un receptor reciba múltiples versiones de las señales transmitidas con diferentes retardos de tiempo. La recepción de una señal transmitida que se desvía por objetos y la recepción de múltiples versiones retardadas en el tiempo de la señal transmitida se conoce como propagación multitrayectoria. En transmisiones digitales, si el retardo entre las múltiples trayectorias supera la duración de símbolo, se genera distorsión de señal conocida como interferencia intersímbolo (ISI, intersymbol interference). Se han diseñado diversos esquemas de transmisión para mitigar la ISI. Un tipo de esquema de esquema de transmisión que es particularmente adecuado para mitigar la ISI se conoce como multiplexación por división de frecuencia ortogonal (OFMD, Orthogonal Frequency Division Multiplexing). La OFDM divide un ancho de banda en un número de pequeñas subportadoras. Mediante la utilización de funciones ortogonales, el espectro de todas las subportadoras puede superponerse mutuamente, proporcionando así máxima eficacia de ancho de banda. Sin embargo, cuando la diferencia de retardo entre múltiples trayectorias supera el intervalo de muestreo mínimo se destruye la ortogonalidad entre subportadoras. Para mantener la condición de ortogonalidad perfecta entre subportadoras en un entorno multitrayectoria, se inserta un intervalo de guarda, o prefijo cíclico (CP, cyclic prefix) antes de la transmisión de cada símbolo.

La figura 1 ilustra un transmisor y un receptor convencionales que funcionan según OFDM. El transmisor toma un símbolo S(k) y realiza una transformada rápida de Fourier inversa (IFFT, inverse fast Fourier transform) para convertir el símbolo que va a transmitirse del dominio de la frecuencia al dominio del tiempo. El transmisor también añade un prefijo cíclico (CP) al símbolo que va a transmitirse. El símbolo s(n) en el dominio del tiempo se transmite mediante la antena Ant 1_{TX} a través de un medio de transmisión, por ejemplo, una interfaz aérea, a un receptor. El medio de transmisión convoluciona el símbolo transmitido con la respuesta h_{1} de impulso de canal. El símbolo transmitido se recibe a través de la antena Ant 1_{TX}. El símbolo según lo recibe el receptor puede representarse en el dominio del tiempo mediante s(n)*h_{1}(n). El receptor elimina entonces el prefijo cíclico y realiza una transformada rápida de Fourier (FFT, fast Fourier transform). El símbolo recibido en el dominio de la frecuencia puede representarse mediante S(k)H_{1}(k), donde S(k) es el símbolo recibido en el dominio de la frecuencia y H_{1}(k) es la representación en frecuencia del canal, conocida como la función de transferencia de canal.

La figura 2 ilustra un símbolo M OFDM convencional y un prefijo cíclico asociado. El símbolo M OFDM, tal como se representa en el dominio del tiempo, contiene puntos 1 a N de muestra. El prefijo cíclico que está asociado con el símbolo M de OFDEM contiene puntos N-2 a N de muestra del símbolo M OFDM. Puesto que los retardos multitrayectoria pueden destruir la ortogonalidad del símbolo transmitido, el prefijo cíclico se fija a un número de puntos de muestra que es mayor que el retardo de multitrayectoria en el peor caso entre el transmisor y el receptor. En consecuencia, un experto en la técnica reconocerá que aunque el prefijo cíclico ilustrado en la figura 2 contiene sólo tres puntos de muestra, N-2 a N, el número de puntos de muestra reales en un prefijo cíclico variará dependiendo del retardo multitrayectoria en el peor caso.

Normalmente, las señales transmitidas a diferentes frecuencias se ven afectadas de maneradiferente por el medio de transmisión. Sin embargo, las señales transmitidas a diferentes frecuencias pueden estar sujetas a desvanecimiento Rayleigh plano, es decir, desvanecimiento que se produce por todo el dominio de la frecuencia. Además, cuando la diferencia de retardo entre múltiples trayectorias es significativamente más corta que una duración de punto de muestra la fase de las señales en las múltiples trayectorias puede o bien añadirse en fase de manera constructiva o puede cancelarse entre sí. Cuando la fase de las señales en las múltiples trayectorias se cancela entre sí, la calidad de la señal recibida depende de si se recibe una señal directa fuerte o si se reciben señales dispersas desde muchas direcciones con fase aleatoria. Cuando se reciben múltiples señales dispersas desde muchas direcciones con fase aleatoria con una dispersión de retardo significativamente menor que la duración de punto de muestra, se provoca desvanecimiento Rayleigh plano en el dominio de la frecuencia. Por ejemplo, un receptor puede no ser capaz de recuperar cualquiera de las subportadoras asociadas con un símbolo OFDM transmitido que experimente desvanecimiento Rayleigh plano. Cuando el símbolo OFDM transmitido está sometido a desvanecimiento Rayleigh plano, la calidad de servicio (QOS) se verá gravemente degradada. Un método para proporcionar una mejor calidad de servicio en un entorno de desvanecimiento Rayleigh plano es utilizar diversidad de transmisión.

La figura 3 ilustra un transmisor y un receptor convencionales que funcionan según OFDM, donde el transmisor transmite utilizando diversidad de transmisión. Tal como se ilustra en la figura 3, se proporciona diversidad de transmisión empleando un conjunto de M antenas de transmisión cada una de las cuales transmite versiones retardadas de un símbolo que va a transmitirse. Un experto en la técnica reconocerá que la diversidad de transmisión se emplea a veces en un sistema CDMA, en el que se descomponen trayectorias retardadas independientes y luego se combinan utilizando, por ejemplo, combinación de relación máxima. Cuando se emplea diversidad de transmisión en un sistema OFDM, las antenas de transmisión deberían situarse de manera que los canales independientes estadísticos se vean por el receptor. Dicho de otro modo, el símbolo transmitido estará sujeto a canales de desvanecimiento Rayleigh plano independientes individualmente. Emplear un esquema de diversidad de transmisión, tal como el ilustrado en la figura 3, crea una zona de cobertura en la que terminales individuales experimentan una potencia recibida total relativamente uniforme independientemente de la posición y el tiempo. Además, el esquema de diversidad de transmisión ilustrado en la figura 3 también crea selectividad de frecuencia pseudoaleatoria en el canal, lo que también proporciona una condición de recepción más uniforme siempre que se emplea algún tipo de codificación, es decir, codificación de corrección de errores sin canal de retorno (FEC, forward error correction). Un experto en la técnica reconocerá que las tasas de error de palabras, o tasas de error de símbolos OFDM son inferiores para un mensaje codificado FEC en un canal de desvanecimiento Rayleigh no correlacionado rápido que en un canal de desvanecimiento Rayleigh correlacionado lento. En consecuencia, el esquema de diversidad de transmisión basado en retardo ilustrado en la figura 3, está previsto para introducir tal selectividad de frecuencia no correlacionada.

Tal como se ilustra en la figura 3, el transmisor inicialmente realiza una transformada rápida de Fourier inversa y luego añade un prefijo cíclico a un símbolo en el dominio de la frecuencia que va a transmitirse S(k). La transformada rápida de Fourier inversa convierte el símbolo S(k) en el dominio de la frecuencia a un símbolo s(n) en el dominio del tiempo. El símbolo s(n) en el dominio del tiempo se envía a lo largo de trayectorias separadas asociadas con cada una de las antenas. El símbolo s(n) en el dominio del tiempo pasa a través de atenuadores, Aten1 a AtenM, que atenúan la potencia del símbolo transmitido en cada trayectoria de antena por la raíz cuadrada del número de antenas utilizadas en el esquema de diversidad de transmisión para normalizar la potencia transmitida global. Aparte de en la primera trayectoria de antena, el símbolo en el dominio del tiempo atenuado que va a transmitirse se somete entonces a un retardo lineal. El retardo lineal en cada trayectoria puede representarse mediante la siguiente fórmula:

p*(T/N): para p desde 0 a M-1

\quad: donde p está en el intervalo

\quad: de 0 a M-1

donde p es un índice para la antena en consideración, M representa el número total de antenas en el sistema de diversidad, T representa la duración de tiempo del símbolo OFDM sin un prefijo cíclico, y N representa el número de subportadoras presentes en el dominio de la frecuencia. Los símbolos transmitidos desde las antenas Ant 1_{TX} a Ant M_{TX} están sometidos respectivamente a funciones H_{1} a H_{M} de transferencia de canales del medio de transmisión. En el receptor los símbolos desde las antenas Ant 1_{TX} a Ant M_{TX} se reciben mediante la antena Ant 1_{RX} y se combinan entre sí. Tal como se ilustra en la figura 3, después de combinarse en el receptor, el símbolo resultante puede representarse en el dominio del tiempo mediante s(n)*(h_{1}(n)+h_{2}(n)+...h_{M}(n)). El receptor entonces elimina el prefijo cíclico y realiza una transformada rápida de Fourier para convertir el símbolo en el dominio del tiempo en un símbolo en el dominio de la frecuencia.

La figura 4 ilustra con más detalle tres símbolos transmitidos respectivamente desde tres antenas con diferentes retardos. En el receptor se realiza una transformada rápida de Fourier durante un periodo establecido de tiempo conocido como una ventana de transformada rápida de Fourier. Tal como se ilustra en la figura 4, utilizando un prefijo cíclico la ventana de transformada rápida de Fourier se realiza sobre todos los puntos de muestra del símbolo n OFDM transmitido de cada una de las versiones retardadas de los símbolos transmitidos.

En el dominio de la frecuencia, el símbolo recibido puede representarse mediante:

\vskip1.000000\baselineskip

1

\vskip1.000000\baselineskip

donde S(k) es el símbolo enviado, M es el número de antenas y H(k) es la respuesta en frecuencia compuesta del canal donde se incluye el factor de raíz cuadrada de M. Por tanto, la desviación típica de H(k) permanece constante.

\vskip1.000000\baselineskip

La potencia recibida según el teorema de Parserval (DFT) es

\vskip1.000000\baselineskip

2

\newpage

donde R(k) es una representación en el dominio de la frecuencia del símbolo recibido y R(k)* es el complejo conjugado de R(k). Suponiendo que S(k) utiliza constelaciones multinivel, por ejemplo, 16QAM o 64 QAM, para cada k, el nivel de potencia media por subportadora es:

3

donde E representa el valor esperado.

Si se supone que el sistema de diversidad de transmisión emplea dos antenas, en el que cada antena transmite sobre una trayectoria que se ve afectada por una atenuación gaussiana compleja variable H_{i}, es decir, un canal de desvanecimiento Rayleigh plano, y que la segunda trayectoria de diversidad está retardada por, por ejemplo, un punto de muestra OFDM, entonces la función de transferencia resultante se convierte en:

4

Resolviendo ahora para las potencias recibidas da como resultado lo siguiente:

5

donde H_{re} representa la parte real del H de valor complejo y H_{im} representa la parte imaginaria del H de valor complejo.

Tal como se observó anteriormente, la potencia recibida es una variable con distribución chi-cuadrado central de grado cuatro. Sin embargo, si no hubiese retardo entre los dos símbolos H_{0} y H_{1} transmitidos, los símbolos pueden fusionarse juntos como H' antes de la suma de potencia sobre todas las subportadoras. El resultado neto es entonces una variable chi-cuadrado de grado dos, es decir, con distribución de Rayleigh. Aunque el ejemplo dado anteriormente se refiere a un sistema que emplea dos antenas, un experto en la técnica reconocerá que el grado n de la variable chi-cuadrado es igual a dos veces el número de antenas con diferentes retardos, es decir, n=2M.

El valor medio y desviación típica de una variable chi-cuadrado es:

6

donde \sigma es la desviación típica de cada variable con distribución de Gauss que compone la variable con distribución chi-cuadrado.

Debería observarse que la dispersión relativa, es decir, la desviación estocástica alrededor del valor medio de la potencia P, se reduce cuando el grado n se aumenta como

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La figura 5 ilustra la función de distribución de portadora (CDF, carrier distribution function) de potencia para M=2 antenas. La curva 505 ilustra la función de distribución de portadora de potencia para dos antenas con diferentes retardos, mientras que la curva 510 ilustra la función de distribución de portadora de potencia para la transmisión sobre dos antenas sin retardo. Tal como puede observarse a partir de la figura 5, utilizar diferentes retardos para cada antena da como resultado una curva de función de distribución de portadora más pronunciada. Se reconocerá que la función de distribución de portadora que es una línea vertical indica que no hay variaciones alrededor de un valor medio, y por tanto, el símbolo es determinista, es decir, no aleatorio. En consecuencia, una curva más pronunciada indica que el nivel de potencia global es más determinista.

La figura 6 ilustra la matriz de covarianzas de subportadoras para la transmisión mediante seis antenas sin ningún retardo del símbolo transmitido mediante las seis antenas. Tal como puede observarse a partir de la figura 6, cada canal de subportadora está correlacionado con todos los demás canales de subportadora cuando las antenas transmiten el mismo símbolo sin un retardo diferente entre las antenas. Si el canal de transmisión somete el símbolo transmitido a un desvanecimiento Rayleigh plano, el símbolo transmitido de las seis antenas se verá afectado de manera similar por la función de transferencia de canal.

La figura 7 ilustra la matriz de covarianzas de subportadoras para la transmisión de un símbolo mediante seis antenas con seis retardos diferentes suponiendo un canal de desvanecimiento Rayleigh plano. Tal como puede observarse a partir de la figura 7, las subportadoras tienen un valor bajo de correlación, es decir, la mayoría de las subportadoras tienen un valor absoluto de correlación de menos de 0,2. En consecuencia, si el medio de transmisión sometió a los símbolos transmitidos por las seis antenas a un canal Rayleigh plano, la mayoría de subportadoras se verían afectadas de manera diferente por el canal.

Aunque la transmisión de símbolos OFDM utilizando una pluralidad de antenas cada una con un retardo diferente ayuda a impedir que el símbolo que está transmitiéndose se corrompa por desvanecimiento Rayleigh plano, la dispersión de retardo total entre todas las trayectorias de antena puede ser no más que la duración del prefijo cíclico menos la duración de la dispersión de retardo de canal inherente. Se reconocerá que la dispersión de retardo es una medida de cómo están distribuidos los diferentes retardos unos con respecto a otros. Introducir un retardo mayor daría como resultado interferencia intersímbolo, y posteriormente las subportadoras perderían su ortogonalidad mutua. En consecuencia, puesto que cuanto más largo sea el prefijo cíclico menos ancho de banda útil hay disponible para la transmisión de datos, los prefijos cíclicos se mantienen normalmente tan cortos como sea posible.

En consecuencia, sería deseable proporcionar un esquema de diversidad de transmisión que utilice OFDM que no esté limitado por la duración del prefijo cíclico menos la duración de la dispersión de retardo de canal inherente.

En Li Y et al: "TRANSMITTER DIVERSITY FOR OFDM SYSTEM AND ITS INPACT ON HIGH-RETE DATA WIRELESS NETWORKS" IEEE Journal on selected areas in communications, IEEE INC. Nueva York, EEUU, volumen 17, número 7, julio de 1999 (1999-7), páginas 1233 a 1243, XP000834945 ISSN: 0733-8716, se da a conocer un sistema OFDM que utiliza diversidad de transmisor de permutación.

Sumario

Estos y otros problemas, inconvenientes y limitaciones de técnicas convencionales se superan según la presente invención mediante un método y/o un aparato para transmitir un símbolo, en los que el símbolo se divide entre una pluralidad de trayectorias de antena. En cada trayectoria de antena las muestras del símbolo se desplazan cíclicamente un número predeterminado de posiciones en el dominio del tiempo. El número predeterminado de posiciones depende de la relación de una trayectoria de antena particular con respecto a las otras trayectorias de antena. Las muestras que se desplazan fuera del final del símbolo se insertan al principio del símbolo. A partir de entonces se forma un prefijo cíclico copiando un número predeterminado de muestras del final del símbolo.

Según una realización de la presente invención se divide una señal a lo largo de una pluralidad de trayectorias de antena, donde la señal incluye un número de posiciones, incluyendo cada una del número de posiciones una muestra. La señal se recibe en una trayectoria de antena. Las muestras de la señal se desplazan un número predeterminado de posiciones en el dominio del tiempo, donde las muestras desplazadas más allá del número de posiciones en la señal se desplazan hacia el principio o el final de la señal. Un número de muestras de un final de la señal se incluyen en un intervalo de guarda y se transmiten la señal y el intervalo de guarda.

Breve descripción de los dibujos

Los objetivos y ventajas de la invención se entenderán leyendo la siguiente descripción detallada conjuntamente con los dibujos, en los que:

la figura 1 ilustra un transmisor y un receptor convencionales que emplean un esquema de transmisión OFDM;

la figura 2 ilustra un símbolo OFDM convencional y prefijo cíclico asociado;

la figura 3 ilustra un transmisor y un receptor convencionales que funcionan según un esquema de transmisión OFDM que utiliza diversidad de transmisión;

la figura 4 ilustra una pluralidad de símbolos OFDM convencionales que se reciben por un receptor en un sistema que emplea diversidad de transmisión utilizando retardo lineal;

la figura 5 ilustra una función de distribución de portadora de potencia para la transmisión utilizando dos antenas;

la figura 6 ilustra una matriz de covarianzas de subportadoras para un sistema que emplea diversidad de transmisión sin retardos entre las diversas antenas;

la figura 7 ilustra una matriz de covarianzas de subportadoras para un esquema de diversidad de transmisión con retardos entre los símbolos transmitidos mediante cada antena;

la figura 8 ilustra dos símbolos OFDM en los que hay un retardo cíclico entre los dos símbolos según realizaciones a modo de ejemplo de la presente invención;

la figura 9 ilustra un transmisor y un receptor que emplean diversidad de transmisión y retardo cíclico según realizaciones a modo de ejemplo de la presente invención;

la figura 10 ilustra una función de distribución de portadora de potencia para la transmisión mediante una pluralidad de antenas según una realización a modo de ejemplo de la presente invención;

la figura 11 ilustra una matriz de covarianzas de subportadoras para un esquema de diversidad de transmisión que emplea retardo cíclico según una realización a modo de ejemplo de la presente invención;

la figura 12 ilustra un método a modo de ejemplo para emplear retardo cíclico según la presente invención;

las figuras 13A a 13C ilustran la correlación de canales de subportadora entre subportadoras según una realización a modo de ejemplo de la presente invención;

la figura 14 ilustra la magnitud absoluta de correlación entre dos subportadoras en un sistema que transmite 64 subportadoras según una realización a modo de ejemplo de la presente invención; y

la figura 15 ilustra el flujo de entrada a un descodificador FEC convolucional en el receptor según una realización a modo de ejemplo de la presente invención.

Descripción detallada

La presente invención está dirigida a diversidad de transmisión, y más específicamente a mitigar la ISI empleando un retardo cíclico en un sistema de diversidad de transmisión.

A continuación se describe la presente invención como implementándose en un sistema que se comunica según el protocolo OFDM. Sin embargo, un experto en la técnica reconocerá que la presente invención es igualmente aplicable a otros protocolos que emplean prefijos cíclicos o intervalos de guarda. Además, aunque posteriormente se describen realizaciones a modo de ejemplo de la presente invención como empleando un número específico de antenas, la presente invención es igualmente aplicable a sistemas con más antenas o menos antenas que los descritas posteriormente.

La figura 8 ilustra dos símbolos OFDM en los que está implementado un retardo cíclico entre los dos símbolos que están transmitiéndose en un esquema de diversidad de transmisión. Supóngase que el símbolo 810 M OFDM se transmite mediante una antena que no tiene retardo cíclico y que el símbolo 820 M OFDM se transmite mediante una antena que tiene un retardo cíclico de una muestra. Tal como puede observarse comparando los símbolos 810 y 820 OFDM, el retardo cíclico se implementa desplazando muestras del final del símbolo OFDM hacia el principio del símbolo OFDM y añadiendo un prefijo cíclico copiando las últimas n muestras del símbolo OFDM. Por ejemplo, si se implementase un retardo cíclico de tres muestras, el símbolo OFDM transmitido mediante la tercera antena tendría las tres últimas muestras del símbolo OFDM desplazado hacia las primeras tres ranuras del símbolo OFDM y las restantes muestras en el símbolo OFDM se desplazarían tres lugares a la derecha. Entonces se copian las últimas n muestras del símbolo OFDM y se colocan en el prefijo cíclico, donde n representa el número de muestras en el prefijo cíclico para un sistema particular.

La figura 9 ilustra un transmisor y un receptor que funcionan según un esquema de transmisión OFDM que emplea diversidad de transmisor. El transmisor realiza una transformada rápida de Fourier inversa sobre un símbolo S(k) en el dominio de la frecuencia para convertir el símbolo al símbolo s(n) en el dominio del tiempo. El símbolo s(n) en el dominio del tiempo se pasa entonces a través de cada trayectoria de antena del sistema de diversidad. En cada trayectoria de antena el símbolo s(n) en el dominio del tiempo se pasa a través de un atenuador que preferiblemente atenúa cada símbolo por un factor de la raíz cuadrada del número de antenas que están utilizándose para transmitir para normalizar la potencia. Un experto en la técnica reconocerá que pueden implementarse otros factores de ponderación utilizando, por ejemplo, amplificadores de potencia. Cuando se fijan el código FEC y el diseño del intercalador puede conseguirse rendimiento óptimo del sistema seleccionando tanto el retardo cíclico como los factores de
ponderación.

Después de que se ha atenuado la señal, la primera trayectoria de antena añade el prefijo cíclico y transmite el símbolo desde la antena. Cada trayectoria de antena posterior realiza el retardo cíclico sobre el símbolo y entonces añade el prefijo cíclico al símbolo que va a transmitirse. El símbolo se transmite entonces a través de las respectivas antenas. Cuando los símbolos pasan a través del medio de transmisión, se someten cada uno a las funciones H_{1} a H_{M} de transferencia de canales respectivos.

El receptor recibe cada uno de los símbolos que están transmitiéndose desde las antenas como un símbolo combinado y reconstruye el símbolo OFDM transmitido. En consecuencia, en el dominio del tiempo el receptor tiene un símbolo que comprende el símbolo s(n) transmitido que está combinado con una suma de la función de transferencia de canal provocada por el medio h_{1}(n) a h_{M}(n) de transmisión. El receptor entonces elimina el prefijo cíclico y realiza una transformada rápida de Fourier para convertir el símbolo desde el dominio del tiempo al domino de la frecuencia. Realizando la transformada rápida de Fourier el retardo cíclico se convierte en un factor de fase. Un experto en la técnica reconocerá que la ecualización posterior del símbolo recibido elimina el factor de fase.

Comparando las figuras 3 y la figura 9, en las que la figura 3 ilustra un retardo lineal para un esquema de diversidad de transmisión y la figura 9 ilustra un retardo cíclico para un esquema de diversidad de transmisión, puede observarse que el retardo cíclico no está limitado por el tamaño del prefijo cíclico. En consecuencia, mientras que un sistema que emplea un retardo lineal está limitado a utilizar un número de antenas que se corresponde con el número de muestras en el prefijo cíclico, un sistema que utiliza un retardo cíclico sólo está limitado a utilizar un número de antenas igual al número de muestra en el símbolo OFDM. Además, utilizando un retardo cíclico, no se genera interferencia intersímbolo, y por tanto, la ortogonalidad entre las subportadoras permanece intacta.

La figura 10 ilustra la función de densidad de portadora de potencia para transmisión de diversidad utilizando M antenas. La curva 1010 ilustra la función de densidad de portadora de potencia para la transmisión utilizando un retardo cíclico de 16, es decir, una diversidad de transmisión que emplea 16 antenas y 15 retardos cíclicos diferentes. La curva 1020 ilustra la función de densidad de portadora de potencia para una transmisión que emplea 16 antenas y ningún retardo. Tal como se ilustra en la figura 10, la implementación de un retardo cíclico da como resultado una curva más pronunciada que indica que el nivel de potencia global es más determinista, es decir, no aleatorio.

La figura 11 ilustra la matriz de covarianzas de subportadoras para un sistema de diversidad de transmisión que emplea 32 retardos cíclicos. Tal como se ilustra en la figura 11, todas las subportadoras están correlacionadas entre sí. Puesto que cada función de transferencia de canal de subportadora se forma por una suma de variables gaussianas complejas, el canal de subportadora resultante tendrá las mismas estadísticas, pero cualquier otra subportadora se desvanecerá de manera independiente, es decir, cada subportadora reacciona de manera independiente al desvanecimiento Rayleigh rápido.

La figura 12 ilustra un método a modo de ejemplo para emplear retardo cíclico según la presente invención. El transmisor recibe el símbolo que va a transmitirse (etapa 1205). El símbolo se convierte desde el dominio de la frecuencia al dominio del tiempo realizando una transformada rápida de Fourier inversa (etapa 1210). El símbolo en el dominio del tiempo se envía a lo largo de cada trayectoria de antena (etapa 1215). En cada trayectoria de antena el símbolo se atenúa por la raíz cuadrada del número de antenas (etapa 1220). En cada trayectoria de antena las muestras se desplazan un punto de muestra, con respecto a la trayectoria de antena anterior, a la derecha en el símbolo OFDM (etapa 1225). Por ejemplo, en la primera trayectoria de antena las muestras no se desplazan, mientras que en la sexta trayectoria de antena las muestras se desplazan cinco espacios. En cada trayectoria de antena después de que se han desplazado las muestras, se añade un prefijo cíclico (etapa 1230). El prefijo cíclico añadido en cada trayectoria de antena incluye las últimas n muestras del final del símbolo OFDM. El transmisor entonces trasmite los símbolos desde las diversas antenas (etapa 1235). El receptor recibe los símbolos combinados (etapa 1240) y elimina el prefijo cíclico (etapa 1245). El símbolo recibido se convierte entonces desde el dominio del tiempo al dominio de la frecuencia utilizando una transformada rápida de Fourier (etapa 1250).

Se reconocerá que para reducir los efectos de degradaciones de canal sobre una señal transmitida pueden realizarse codificación de corrección de errores sin canal de retorno (FEC) e intercalación. Para comprender cómo pueden realizarse la codificación y la intercalación según la presente invención, debería examinarse la correlación entre subportadoras. En consecuencia, la correlación entre las subportadoras k y k' cuando se implementa un método de diversidad de retardo de transmisión utilizando dos antenas de transmisión, puede ilustrarse mediante la siguiente ecuación:

8

donde k y k' son índices de subportadoras, t es un retardo cíclico fijado, H_{1} y H_{2} representan las degradaciones de canal de cada subportadora, N es el número total de subportadoras, \sigma es la desviación típica y E es el valor de esperanza (es decir, la media sobre todas las posibles realizaciones de canales). Un experto en la técnica reconocerá que la correlación ilustrada anteriormente no está normalizada para el número de antenas. Para múltiples antenas la correlación entre las subportadoras k y k' puede representarse mediante la siguiente ecuación:

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Un experto en la técnica reconocerá que la correlación descrita mediante la fórmula anterior es similar a la respuesta en frecuencia de un filtro digital de respuesta a impulso finita (FIR, finite impulse response) con todos los pesos fijados de manera idéntica. Aparte de diversos retardos cíclicos, pueden emplearse otros pesos para cada antena. En consecuencia, la característica deseada de \rho (k, k') puede diseñarse de una forma similar a la manera en la que se diseña un filtro digital FIR, por ejemplo, utilizando un paquete de software de diseño de filtro digital.

Cuando se transmite sería deseable tener un flujo de símbolos en los que los símbolos adyacentes estén no correlacionados, lo que mejora el proceso de descodificación FEC y de modo que la función de transferencia de canal y las degradaciones afectasen a las subportadoras de manera diferente. Para determinar subportadoras no correlacionadas, podría utilizarse la siguiente fórmula:

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En la fórmula anterior cada antena utiliza una ponderación de amplitud de 1 de modo que el valor de correlación está normalizado con respecto al número de antenas utilizadas.

Las figuras 13A a 13C ilustran la correlación de canales de subportadoras entre las subportadoras k y k' en un sistema de diversidad de transmisión que emplea cuatro antenas. Cada flecha ilustrada en las figuras 13A a 13C representa una salida de una de las cuatro antenas en la correlación de subportadoras entre las subportadoras k y k'. Tal como puede observarse a partir de las figuras 13B y 13C, los retardos t_{1}, t_{2} y t_{3} cíclicos se eligen de tal manera que las subportadoras separadas con k-k'=N/4 y k-k'=N/2 tienen una correlación cero. Además, tal como se ilustra mediante la figura 13A, cuando k-k'=0 las subportadoras están completamente correlacionadas. Aunque las figuras 13A a 13C ilustran un sistema que emplea cuatro antenas, se reconocerá que el enfoque descrito anteriormente en conexión con las figuras 13A a 13C puede implementarse con un número arbitrario de antenas.

La figura 14 ilustra la característica de correlación para todas las diferencias de subportadoras que utilizan los mismos retardos cíclicos seleccionados anteriormente en conexión con las figuras 13A a 13C para N=64 subportadoras. Se reconocerá que la figura 14 muestra una imagen más completa de las correlaciones de subportadoras comparado con las figuras 13A a 13C. Basándose en la característica de correlación de subportadoras ilustrada en las figuras 13A a 13C y la figura 14, se reconocerá que el código convolucional aplicado a la señal transmitida está seguido por un intercalador que proporciona símbolos a partir de la subportadora i, i+N/4, i+N/2, i+3N/4, i+1, i+1+N/4, ... En consecuencia, uno de cada cuatro símbolos en el descodificador de Viterbi en el receptor deberían estar correlacionados, mientras que los tres símbolos precedentes están no correlacionados. Un experto en la técnica reconocerá que el descodificador de Viterbi puede sustituirse por un descodificador que utilice algoritmo o bien de Fano o bien de Stack. Si la respuesta del canal H es plana y con distribución de Rayleigh, puede seleccionarse preferiblemente un codificador convolucional adecuado con una longitud de memoria alineada con la longitud total de las subportadoras no correlacionadas, es decir, 4.

La figura 15 ilustra el flujo de entrada a un descodificador de Viterbi en un receptor en el que hay una distancia de repetición determinista entre símbolos del flujo de entrada que experimentan las mismas características de canal. Basándose en las características de correlación descritas anteriormente en conexión con las figuras 13A a 13C y 14, el flujo de entrada de símbolos se intercala tal como se ilustra en la figura 15. Más específicamente, el resultado del proceso de intercalación es tal que después de la desintercalación, uno de cada cuatro símbolos alimentados al descodificador FEC está correlacionado.

Aunque anteriormente se han descrito realizaciones a modo de ejemplo de la presente invención como implementando retardo cíclico desplazando muestras del final de un símbolo OFDM hacia el principio del símbolo OFDM, la presente invención también puede implementarse de tal modo que las muestras del principio del símbolo OFDM se desplacen hacia el final del símbolo OFDM. Además, aunque anteriormente se describe el sistema como implementando un valor de retardo cíclico predeterminado basado en la posición de la antena con respecto a la antena anterior, la presente invención puede implementarse también cambiando ocasionalmente el valor de retardo cíclico. Por ejemplo, si una primera transmisión falla debido a desvanecimiento de canal, la retransmisión puede someterse a un retardo cíclico diferente para aumentar el éxito de la retransmisión. Se reconocerá que el retardo cíclico no debería cambiarse más a menudo de lo que se envían las señales piloto de estimación de canal.

Además, aunque la descripción del receptor anterior describe el receptor como que tiene sólo una única trayectoria de antena, el receptor también puede implementarse con una pluralidad de trayectorias de antena. Si el receptor incluye una pluralidad de trayectorias de antena, el receptor puede realizar combinación de relación máxima utilizando las señales recibidas desde cada una de la pluralidad de trayectorias de antena. Además, aunque la presente invención se ha descrito en conexión con el protocolo OFDM, un experto en la técnica reconocerá que la presente invención es igualmente aplicable como un complemento para otros métodos de diversidad de transmisión o en otros escenarios espaciotemporales de codificación.

Además, aunque la presente invención se ha descrito como que copia las últimas n muestras del símbolo OFDM y coloca las muestras copiadas en un prefijo cíclico, se reconocerá que la presente invención también puede implementar un sufijo cíclico. Para implementar un sufijo cíclico, se copian y colocan las primeras n muestras del símbolo OFDM en un intervalo de guarda después del símbolo OFDM. En consecuencia, este intervalo de guarda después del símbolo OFDM puede denominarse un sufijo cíclico.

La presente invención se ha descrito con referencia a varias realizaciones a modo de ejemplo. Sin embargo, será evidente fácilmente para los expertos en la técnica que es posible realizar la invención en formas específicas distintas a las de las realizaciones a modo de ejemplo descritas anteriormente. Estas realizaciones a modo de ejemplo son simplemente ilustrativas y no deberían considerarse restrictivas de ninguna manera. El alcance de la invención viene dado por las reivindicaciones adjuntas, en lugar de la descripción anterior, y todas las variaciones y equivalentes que caen dentro del alcance de las reivindicaciones está previsto que estén abarcados en el mismo.

Claims

1. En un sistema de radiocomunicación, un método para transmitir una señal que comprende las etapas de:

: pasar la señal a través de cada una de una pluralidad de trayectorias de antena, en el que la señal incluye un número (N) de posiciones, incluyendo cada una de las posiciones una muestra (1, 2, 3...N);

: recibir la señal en una trayectoria de antena;

caracterizado por las etapas adicionales de

: desplazar cíclicamente las muestras de la señal, cuando se recibe en la trayectoria de antena, en el dominio del tiempo un número predeterminado de posiciones, en el que las muestras desplazadas más allá del número de posiciones en la señal se desplazan hacia un principio o un final de la señal;

: incluir un número de muestras o bien del final o bien del principio de la señal desplazada en el intervalo de guarda (CP); y

: transmitir la señal desplazada y el intervalo de guarda en la trayectoria de antena.

2. Método según la reivindicación 1, en el que el número predeterminado de posiciones corresponde a una posición de la trayectoria de antena con respecto al número de trayectorias de antena.

3. Método según la reivindicación 1, en el que el número predeterminado de posiciones corresponde a si la señal está retransmitiéndose.

4. Método según la reivindicación 1, en el que las muestras se desplazan hacia el final de la señal y en el que las muestras desplazadas más allá del final de la señal se desplazan hacia el principio de la señal.

5. Método según la reivindicación 1, en el que las muestras se desplazan hacia el principio de la señal y en el que las muestras desplazadas más allá del principio de la señal se desplazan hacia el final de la señal.

6. Método según la reivindicación 1, en el que la señal es un símbolo multiplexado por división de frecuencia ortogonal.

7. Método según la reivindicación 1, que comprende además las etapas de:

: recibir la señal en otra trayectoria de antena; y

: desplazar las muestras de estas señal en la otra trayectoria de antena otro número predeterminado de posiciones,

en el que el número predeterminado de posiciones y el otro número predeterminado de posiciones son un número diferente de posiciones.

8. Método según la reivindicación 1, que comprende además las etapas de:

: aplicar codificación de protección de errores a la señal para formar símbolos codificados;

: intercalar los símbolos, en el que los símbolos se intercalan de tal manera que después de la intercalación, los símbolos de subportadoras con una correlación más baja se colocan en posiciones una a continuación de otra;

: realizar una transformada rápida de Fourier inversa sobre los símbolos codificados intercalados para formar una señal resultante; y

: proporcionar la señal resultante a cada una de las trayectorias de antena.

9. Método según la reivindicación 1, que comprende además las etapas de:

: realizar una transformada rápida de Fourier inversa sobre la señal; y

: atenuar la señal en cada trayectoria de antena.

10. Método según la reivindicación 1, en el que el número de muestras incluidas en el intervalo de guarda se toman a partir del final de la señal y el intervalo de guarda se une al principio de la señal.

11. Método según la reivindicación 1, en el que el número de muestras incluidas en el intervalo de guarda se toman a partir del principio de la señal y el intervalo de guarda se une al final de la señal.

12. Aparato de transmisión de radio que incluye un transmisor, comprendiendo dicho transmisor:

: una entrada para recibir una señal que va a transmitirse, en el que la señal que va a transmitirse incluye un número (N) de posiciones, incluyendo cada una de las posiciones una muestra (1, 2, 3...N); y

: una pluralidad (M) de trayectorias de antena a través de las que se pasa la señal,

caracterizado porque

: una trayectoria de antena recibe la señal y desplaza cíclicamente las muestras de la señal en el dominio del tiempo un número predeterminado de posiciones, en el que las muestras desplazadas más allá del número de posiciones en la señal se desplazan hacia un principio o un final de la señal, y

: la trayectoria de antena incluye medios para incluir un número de muestras o bien del final o bien del principio de la señal desplazada en un intervalo de guarda (CP) antes de la transmisión de la señal desplazada y el intervalo de guarda desde la trayectoria de antena.

13. Aparato según la reivindicación 12, comprendiendo además dicho transmisor:

: otra trayectoria de antena, en el que la otra trayectoria de antena desplaza las muestras de la señal otro número predeterminado de posiciones,

: en el que las muestras desplazadas más allá del número de posiciones en la señal se desplazan el otro número predeterminado de posiciones hacia un principio o un final de la señal.

14. Aparato según la reivindicación 12, en el que las muestras se desplazan hacia el final de la señal y en el que las muestras desplazadas más allá del final de la señal se desplazan hacia el principio de la señal.

15. Aparato según la reivindicación 12, en el que las muestras se desplazan hacia el principio de la señal y en el que las muestras desplazadas más allá del principio de la señal se desplazan hacia el final de la señal.

16. Aparato según la reivindicación 12, comprendiendo además dicho transmisor:

: medios para aplicar un código de corrección de errores a la señal; y

: un intercalador.

17. Aparato según la reivindicación 12, en el que el intervalo de guarda se añade al principio de la señal.

18. Aparato según la reivindicación 12, en el que el intervalo de guarda se añade al final de la señal.

19. Aparato según la reivindicación 12, que incluye además un receptor, comprendiendo dicho receptor:

: una primera y una segunda trayectoria de antena, en el que el receptor realiza una combinación de mejora de calidad de señal utilizando señales recibidas sobre las trayectorias de antena primera y segunda del receptor.

20. Aparato según la reivindicación 19, en el que

: el transmisor incluye además

: medios para realizar una transformada rápida de Fourier inversa; y

: medios para añadir un prefijo como el intervalo de guarda a la señal en cada trayectoria de antena;

y

: el receptor incluye además

: medios para eliminar el prefijo; y

: medios para realizar una transformada rápida de Fourier.

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21. Aparato según la reivindicación 19, en el que

: el transmisor incluye además

: medios para aplicar codificación de protección de errores a la señal para formar símbolos codificados; y

: medios para intercalar los símbolos codificados; y

: el receptor incluye además:

: medios para desintercalar símbolos recibidos de subportadoras; y

: medios para descodificar los símbolos desintercalados,

en el que los símbolos codificados se intercalan de tal manera que después de la desintercalación, los símbolos con una correlación más baja se colocan en posiciones una a continuación de otra.

22. Aparato según la reivindicación 19, en el que la combinación de mejora de calidad de señal es una combinación de relación máxima.