ES2212744A1 - Procedimiento de sincronizacion en el dominio del tiempo y de la frecuencia de multiples equipos en un sistema de transmision con modulacion ofdm. - Google Patents

Abstract

Procedimiento de sincronización en el dominio del tiempo y de la frecuencia de múltiples equipos en un sistema de transmisión con modulación OFDM. Permite la sincronización de múltiples usuarios mediante la mejora de la estimación del comienzo de símbolos OFDM y la mejora de la estimación del error de frecuencia en entornos ruidosos o con canales selectivos en frecuencia. Se caracteriza por la descomposición de las señales recibidas x(n), que contienen los datos y secuencias de sincronismo, en bandas de frecuencia (M) y la aplicación de algoritmos de sincronización sobre cada una de dichas bandas.

Description

Procedimiento de sincronización en el dominio del tiempo y de la frecuencia de múltiples equipos en un sistema de transmisión con modulación OFDM.

Objeto de la invención

La presente invención, tal y como se expresa en el enunciado de esta memoria descriptiva se refiere a un procedimiento de sincronización en el dominio del tiempo y de la frecuencia de múltiples equipos en un sistema de transmisión con modulación OFDM (multiplexación por división ortogonal en frecuencia). Este procedimiento tiene por objeto mejorar la estimación del comienzo de los símbolos OFDM y la estimación del error en frecuencia de los osciladores en múltiples situaciones como en canales con ruidos de banda estrecha, canales selectivos en frecuencia o canales en los que la potencia de ruido varíe con la frecuencia. La aplicación de este procedimiento de sincronización también permite realizar dichas estimaciones en situaciones en que procedimientos de sincronización clásicos no consiguen ningún resultado, así como estimar simultáneamente el error en frecuencia de traslación analógico y el error de frecuencia de muestreo del sistema.

Además, en los casos en que se pueda realizar varias estimaciones de los anteriores factores, es posible combinar los resultados en forma de media o media ponderada, para obtener estimaciones más fieles y con menor desviación respecto al valor real que se desea estimar.

Antecedentes de la invención

En la mayoría de sistemas de telecomunicación es necesario realizar un proceso de sincronización para poder obtener adecuadamente la información transmitida a partir de las señales recibidas desde el canal. Dependiendo de la forma de realizar la transmisión y de la modulación utilizada se necesitará uno o varios tipos de sincronización. En general, para la transmisión con modulación OFDM es necesario realizar una sincronización en tiempo, consistente en determinar en recepción el comienzo de los símbolos OFDM, y una sincronización en frecuencia, para que las frecuencias de los osciladores utilizados para muestrear o para la traslación analógica de las señales transmitidas y recibidas estén suficientemente próximas.

En el estado de la técnica son conocidos múltiples métodos de sincronización de señales OFDM, pero ninguno de ellos resulta ser altamente seguro para evitar falsas indicaciones de sincronismo en sistemas punto a multipunto en los que el medio de transmisión empleado es la red eléctrica.

Como es sabido el empleo de la red eléctrica como medio de transmisión es problemático en cuanto a la sincronización, ya que la conexión-desconexión de diferentes aparatos en la red produce picos de tensión y variaciones de impedancia en la línea, de manera que la respuesta del canal varía en el tiempo. Los ruidos impulsivos, que son un tipo de ruido muy usual en la red eléctrica, afectan en gran medida a la sincronización, ya que por definición son ruidos puntuales que afectan a un pequeño número de muestras, y por tanto pueden impedir la adecuada detección de las secuencias de sincronización si coinciden en tiempo con dichas secuencias. La separación en bandas, propuesta en esta patente, reduce las consecuencias de estos ruidos por lo que se podrán aplicar métodos ya conocidos de sincronización, que con la mejora propuesta ofrecerán óptimos resultados en entornos ruidosos como la red eléctrica.

Entre los medios de sincronización conocidos cabe destacar el descrito en la patente USA 5732113 en la que se especifica un procedimiento de sincronización temporal que utiliza un único símbolo de sincronismo con dos mitades iguales, y el método propuesto en la solicitud de patente española 200.101.121 referente a un ``procedimiento'' para la sincronización en el enlace descendente de múltiples usuarios en un sistema de transmisión punto a multipunto con modulación OFDM en el que se transmiten dos símbolos de sincronismo idénticos. La presente invención gracias a la sincronización en varias bandas, consigue resultados con menor varianza y más ajustados al valor real, de forma que se obtiene una mejor sincronización tanto en el dominio del tiempo como en el de la frecuencia que aplicando cualquiera de los procedimientos anteriores. Además, la aplicación del método propuesto permite realizar la sincronización en muchos casos en los que el ruido de la línea y las características del canal impedían cualquier resultado con los métodos conocidos.

Por otro lado, cabe señalar que son conocidos los bancos de filtros como por ejemplo se describe en el libro ``Multirate Systems and Filters Banks'' de P.P. Vaidyanathan, publicado por Prentice Hall en 1993, pero estos filtros no han sido utilizados para la división de las secuencias de sincronismo recibidas para su detección independiente en bandas de frecuencia, tal y como sucede en la invención que nos ocupa, proporcionando la mejora anteriormente comentada.

Descripción de la invención

Para lograr los objetivos y evitar los inconvenientes indicados en anteriores apartados, la invención consiste en un procedimiento de sincronización en el dominio del tiempo y de la frecuencia de múltiples equipos en un sistema de transmisión con modulación OFDM.

Este procedimiento es aplicable a la comunicación bidireccional a través de la red eléctrica entre equipos conectados a la misma red para proporcionar en recepción una estimación del comienzo de los símbolos OFDM y del error en frecuencia de los osciladores locales; que comprende generar secuencias de sincronismo que se transmiten por la red eléctrica. Estas secuencias de sincronismo se envían a través del mismo canal utilizado para el envío de datos, estando este canal determinado por un enlace desde un equipo hacia el resto. El procedimiento de la invención se caracteriza porque comprende la descomposición de la señal recibida constituida por las secuencias de sincronismo y los datos en varias bandas de frecuencia. Seguidamente se detectan las secuencias de sincronismo de cada una de las bandas de frecuencia mediante la aplicación de un algoritmo de sincronización en el tiempo que permite estimar el comienzo de los símbolos OFDM y el error en frecuencia de los osciladores locales en cada banda de frecuencia, en lugar de sobre la señal recibida completa que es como se hace convencionalmente.

Gracias a estas características, el procedimiento permite mejorar la estimación del comienzo de los símbolos OFDM y la estimación del error de frecuencia de los osciladores de los equipos en el caso en el que en el canal se presentan ruidos de banda estrecha, esto es, ruido ingress. También permite mejorar la estimación del comienzo de los símbolos OFDM y del error en frecuencia en el caso de transmitir por un canal selectivo en frecuencia, y mejorar la estimación del comienzo de los símbolos OFDM y del error en frecuencia en caso de que la potencia de ruido que el canal añade a la señal varíe con la frecuencia, esto es, en el caso que el canal presente ruido coloreado. Otra de las ventajas del procedimiento es que permite estimar el error en frecuencia de muestreo, que se incrementa linealmente con la frecuencia y que no puede ser estimado convenientemente con la señal completa, y mejorar la estimación del error en frecuencia de traslación analógico, respecto al caso de emplear la señal recibida completa para la estimación del mismo. Asimismo, también permite estimar simultáneamente el error en frecuencia de traslación analógico y el error de frecuencia de muestreo, siempre que se consiga la detección en dos o más bandas de frecuencia, y realizar la estimación del comienzo de los símbolos OFDM y del error en frecuencia de muestreo o frecuencia de traslación en el caso en que se consiga la detección de las secuencias de sincronismo en una o más bandas o rangos de frecuencia, incluso en casos donde utilizar la señal completa no producía ningún resultado. Por último el procedimiento de la invención permite mejorar los resultados de las estimaciones del comienzo de los símbolos OFDM y del error en frecuencia en el caso en que se consiga la detección de la secuencia de sincronismo en más de una banda de frecuencias, mediante combinación de las estimaciones obtenidas en cada banda de frecuencia, por media, media ponderada o regresión lineal.

En el procedimiento de la invención la descomposición de la señal recibida en bandas o rangos de frecuencia se realiza aplicando un filtro paso banda centrado en cada una de las bandas de frecuencia, una traslación en frecuencia de las señales filtradas para trabajar con cada banda en banda base y, opcionalmente, un diezmado para simplificar la complejidad de la electrónica necesaria para la detección de las secuencias de sincronismo.

Otra forma de realizar esta descomposición es filtrar las secuencias de sincronismo simultáneamente mediante un Banco de filtros uniformes y diezmados con Transformada Discreta de Fourier (DFT), con la complejidad del filtro paso banda prototipo, y un circuito de Transformada Discreta de Fourier (DFT).

Asimismo la descomposición de las secuencias de sincronismo también se puede realizar directamente mediante un circuito de transformada discreta de Fourier (DFT).

En el procedimiento de la invención la detección de las secuencias de sincronismo se efectúa en cada uno de los rangos o bandas de frecuencia mediante el maximizado del criterio de máxima verosimilitud conocido convencionalmente, de manera que la estimación del comienzo de los símbolos OFDM se efectúa a partir del cálculo del máximo de correlación temporal de las muestras de cada banda, siendo este máximo determinado como el punto medio de la zona plana del pico de la correlación, cuyo tamaño en número de muestras es igual al número de muestras de prefijo cíclico sin interferencia entre símbolos (ISI), realizándose posteriormente la estimación del error en frecuencia para ajustar los osciladores a una referencia común mediante el cálculo del ángulo de la correlación en el instante determinado como máximo de correlación en cada uno de los rangos o bandas de frecuencia.

De este modo, el máximo de la correlación se calcula mediante la detección de los picos que sobrepasen un umbral de la potencia en cada una de las bandas o rangos de frecuencia de la señal recibida, fijándose el valor de dicho umbral para minimizar la probabilidad de producirse una falsa alarma, siendo la métrica utilizada para calcular la correlación: P_{i}(d)=\sum^{L-1}_{m=0}(r_{i,d-m}r^{\textstyle *}{}_{i,d-m-L}) y para calcular la potencia: R_{i} (d)=\frac{1}{2}\sum^{2L-1}_{m=0}|r_{i,d-m}|^{2} donde r_{i,d} es la señal correspondiente a la banda de frecuencias i-ésima en el instante d, L es el número de muestras de la señal en medio símbolo, P_{i}(d) es la correlación en la banda i-ésima en el instante d y R_{i}(d) la potencia en la banda i-ésima en el instante d.

El cálculo de la correlación y la potencia se puede realizar también de forma iterativa, almacenando las muestras y preferentemente los productos parciales para el cálculo de la correlación y potencia con las siguientes fórmulas: P_{i} (d)=P_{i} (d-1)+r_{i,d} r^{\textstyle *}{}_{i,d-L} - r_{i,d-L} r^{\textstyle *}{}_{i,d-2L}\belowdisplayskip=.5\baselineskip R_{i} (d)=R_{i} (d-1)+\frac{1}{2}|r_{i,d}|^{2}-\frac{1}{2}|r_{i,d-2L}|^{2} siendo P_{i}(d) la correlación en la banda de frecuencia i-ésima en el instante d, R_{i}(d) la potencia en la banda i-ésima en el instante d, y r_{i,x} la señal correspondiente a la banda i-ésima en el instante x.

El instante de detección de la secuencia de sincronización en recepción se toma como el punto medio de la zona que sobrepase el 90% del máximo de correlación, pero retrasado un número de muestras adecuado para reducir la interferencia entre símbolos al mínimo, siendo este número de muestras ajustable.

Por otro lado, para simplificar el cálculo de la correlación en cada banda o rango de frecuencias se puede utilizar sólo la parte real de ésta, puesto que la parte real es predominante sobre la parte imaginaria una vez el error en frecuencia es menor que cierto umbral.

Para mejorar los resultados de la estimación del comienzo de los símbolos OFDM sobre cada rango de frecuencias, estos resultados se pueden combinar, en forma de media o media ponderada, de manera que la estimación final será más fiel y con menos varianza que la obtenida con la señal recibida completa sin la separación en rangos.

La aplicación de la separación en bandas de frecuencia permite mejorar el cálculo del error en frecuencia de traslación analógico, al reducir la varianza mediante la media o media ponderada de los valores de error calculados en cada una de las bandas de frecuencia.

Además la aplicación de la separación en bandas de frecuencia permite estimar el error en frecuencia de muestreo mediante la regresión lineal de los valores de error obtenidos en cada banda; teniendo en cuenta que dicho valor de error no puede estimarse convenientemente utilizando la señal completa recibida debido a que el error en frecuencia de muestreo se incrementa con la frecuencia.

Por último, y también gracias a la separación en bandas, se puede realizar simultáneamente la estimación del error en frecuencia de traslación analógico y la estimación del error de la frecuencia de muestreo.

Por otro lado, el procedimiento de invención se puede emplear también cuando se transmiten señales de coexistencia que son obtenidas en recepción mediante la aplicación de la separación en bandas y la detección en cada una de esas bandas, con objeto de que un sistema pueda conocer si otro ha transmitido o no cierta secuencia sobre el canal.

A continuación, para facilitar una mejor comprensión de esta memoria descriptiva y formando parte integrante de la misma, se acompañan unas figuras en las que con carácter ilustrativo y no limitativo se ha representado el objeto de la invención.

Breve descripción de las figuras

Figura 1.- Representa un ejemplo de densidad espectral de potencia de señal y ruido obtenidos en recepción en un determinado escenario.

Figura 2.- Representa esquemáticamente una de las formas de realizar la división en bandas o rangos de frecuencia, aplicando un banco de filtros uniformes y diezmados con transformada discreta de Fourier (DFT).

Figura 3.- Representación gráfica de un escenario típico de la correlación y la potencia multiplicada por un umbral a partir de las muestras obtenidas en recepción.

Figura 4.- Representa el comportamiento del error de frecuencia de muestreo y el error de frecuencia de traslación analógico.

Descripción de un ejemplo de realización de la invención

Seguidamente se realiza una descripción de un ejemplo de la invención, haciendo referencia a la numeración adoptada en las figuras.

Todo sistema de comunicaciones o al menos parte de dicho sistema de comunicaciones, como el bloque de sincronización, necesita una relación señal a ruido (SNR) mínima para poder funcionar, esto es, necesita que la señal recibida tenga cierto valor relativo al valor de ruido en la línea, para que el sistema pueda realizar la comunicación. En sistemas de comunicaciones cuyo canal es selectivo en frecuencia, o bien en sistemas en los que el ruido depende de la frecuencia, o bien en ambas situaciones, la SNR mínima puede no alcanzarse en todo el ancho de banda utilizado por el sistema debido a la atenuación existente en el canal o al nivel de ruido, pero sí en algún rango de frecuencias dentro del ancho de banda total. El procedimiento de la invención pretende aprovechar esta circunstancia para permitir realizar estimaciones y sincronizar en dichos escenarios.

En la figura número 1 se muestra la densidad espectral de potencia de señal y ruido a la entrada del receptor en una determinada situación. En este caso la SNR media en toda la banda es de 0 dB, lo cual es insuficiente para realizar la comunicación, pero se puede observar que en determinados rangos de frecuencia la densidad de potencia de la señal se encuentra por encima de la de ruido y por lo tanto en dichos rangos sería posible realizar la comunicación. Procedimientos clásicos no conseguirían realizar la sincronización en este tipo de escenarios, o bien la conseguirían con muy baja calidad debido al comportamiento del canal en este ejemplo. Este tipo de canal es muy común en sistemas que utilizan la red eléctrica como medio de transmisión. El procedimiento de la invención se basa en realizar la división en varios rangos de frecuencia (mediante filtrado en recepción) y trabajar con cada una de esas señales por separado. En la mayoría de aplicaciones de sincronización sería necesario transmitir una señal específica en cada una de las bandas de frecuencia, para mejorar los resultados al poder sincronizar en cualquiera de las bandas. Transmitiendo una señal OFDM resulta suficiente, debido a las características de este tipo de modulación en cuanto a su separación en múltiples portadoras que pueden agruparse en bandas. Para dividir la señal en bandas se puede aplicar un filtro paso banda centrado en cada una de las bandas de frecuencia. Además haría falta demodular la señal para pasarla a banda base y diezmarla, ya que en otro caso la frecuencia de cada banda sería la misma que la de la señal original y la complejidad total se multiplicaría por el número de bandas. Todas estas operaciones se pueden realizar simultáneamente y de manera eficiente con un ``Banco de filtros uniformes y diezmados con DFT'' (Transformada Discreta de Fourier), que es un procedimiento conocido en el estado del arte. En este caso el banco de filtros tendrá la complejidad de un filtro paso banda prototipo (del que se centraría en cada banda de frecuencias en el supuesto anterior) y se empleará una DFT. Esta estructura puede observarse en la figura número 2 donde los filtros Ei(z) corresponden a la descomposición polifase del filtro prototipo siendo i=0,1...M-1 donde M es el número de bandas en que se descompone la señal recibida x(n), 1 es un retardador de una muestra (z^{-1}) y 2 es un diezmador por M. A la salida de la transformada inversa de Fourier (IDFT) 3 se obtiene la descomposición de la señal de entrada en las M bandas de frecuencia, cada una de las cuales tiene una frecuencia de muestreo M veces inferior a la de la señal de entrada. M también es el número de puntos de la IDFT. A partir de este punto del sistema cada una de las M señales se trata de forma independiente, y las estimaciones se realizan sobre cada una de las señales en estas bandas por separado. La complejidad es similar a la complejidad obtenida al realizar las estimaciones sobre la señal inicial ya que tenemos M señales pero la frecuencia de muestreo en cada una de ellas se ha dividido por M. Además, algunas de las bandas (sub-bandas) se pueden eliminar por no contener información, con lo que se disminuye aún más la complejidad total.

Las especificaciones del filtro prototipo dependen de la aplicación particular para la que se vaya a utilizar el procedimiento de la invención. Algunos ejemplos de estas aplicaciones son la estimación de parámetros de la señal, la detección de señales de coexistencia, o la detección de señales de sincronismo.

Una de las aplicaciones es la sincronización en sistemas OFDM. La mayoría de métodos de sincronización de señales OFDM utilizan la señal en el tiempo para realizar su función, con lo que estos métodos fallan en situaciones como la presentada en el ejemplo de la figura 1.

Es principalmente en estos casos donde la utilización de la estructura mostrada en la figura 2 mejora la sincronización. En cada una de las bandas de frecuencia en que se divide la señal se puede utilizar cualquiera de los métodos de sincronización conocidos en el estado del arte, y la sincronización correcta en una banda es suficiente para comenzar el proceso de demodulación en recepción, dependiendo del tipo de modulación empleada.

Cuando la SNR sea suficiente elevada para que varias bandas sincronicen tendremos varias estimaciones simultáneas del inicio del símbolo y del error en frecuencia con lo que se pueden aplicar técnicas de combinación de los resultados para mejorar la estimación final.

El resultado es un método de sincronización con diversidad en frecuencia, altamente resistente a los ruidos de banda estrecha, a la selectividad del canal, y al ruido con potencia dependiente de la frecuencia, y que puede funcionar en canales típicos incluso con SNR menores que -10 dB en toda la banda. El único requisito necesario es que la SNR en alguna banda o rangos de frecuencia sea suficiente para que la señal de sincronismo utilizada sea detectada en esa banda.

Por ejemplo, se puede aplicar este procedimiento junto al método de sincronización descrito en la solicitud de patente española n° 200.101.121 referente a un ``Procedimiento para la sincronización en el enlace descendente de múltiples usuarios en un sistema de transmisión punto a multipunto con modulación OFDM'', para obtener óptimos resultados.

En este supuesto la señal a transmitir será la misma que en dicha patente, es decir, dos símbolos de sincronismo idénticos, ya que esa propiedad se mantiene al descomponer la señal en bandas de frecuencia. En el receptor se sitúa una estructura como la de la figura 2 y a continuación se calculan las métricas de correlación y potencia como en dicha patente con la diferencia de que en todos los sumatorios se dividen los limites por M, siendo M el valor de diezmado de la señal de entrada o, lo que es igual, el número de bandas.

Gracias a la separación en bandas de frecuencia es posible realizar varias estimaciones utilizando un sólo símbolo de sincronismo, con lo que es posible conseguir buenos resultados de sincronización aunque se emplee un único símbolo de sincronismo como secuencia de sincronización.

En este caso, la secuencia de sincronización está compuesta de un solo símbolo de sincronismo dividido en dos mitades iguales. La información transmitida en las portadoras utilizadas en los símbolos de sincronización puede ser fija o bien una secuencia pseudoaleatoria. Para tener la simetría requerida en los símbolos de sincronismo, las portadoras pares o impares del símbolo ODFM se dejarán a cero.

Las propiedades del símbolo de sincronismo, y más específicamente la simetría, se mantienen al realizar la separación en bandas en recepción, y esto permite tener múltiples resultados de sincronización que permiten mejorar su precisión.

Cualquier otro tipo de secuencia de sincronismo (en cuanto al número de símbolos enviados) y de método de detección podrían utilizarse del mismo modo que el anteriormente comentado, siempre que las propiedades del símbolo de sincronismo se mantengan al realizar la separación en bandas.

Por lo tanto es posible utilizar las siguientes estimaciones sobre cada uno de los intervalos, tal y como se señala en la patente USA 5732113 ``Timing and frequency synchronization of OFDM signals'', y combinarlas obteniéndose estimaciones con reducida varianza, con sólo un símbolo como secuencia de sincronismo: P_{i}(d)=\sum^{L-1}_{m=0}(r_{i,d-m}r^{\textstyle *}{}_{i,d-m-L})\belowdisplayskip=.5\baselineskip R_{i} (d)=\frac{1}{2}\sum^{2L-1}_{m=0}|r_{i,d-m}|^{2}

Donde r_{i,d} es la salida en la rama i-ésima del banco de filtros en el instante d, L es el numero de muestras en medio símbolo dividido por M, M es el número de bandas en que se dividió la señal recibida, P_{i}(d) es la correlación en la rama i-ésima en el instante d y R_{i}(d) es la potencia en la rama i-ésima en el instante d.

Asimismo se podrían seguir aplicando las fórmulas iterativas. P_{i} (d)=P_{i} (d-1)+r_{i,d} r^{\textstyle *}{}_{i,d-L} - r_{i,d-L} r^{\textstyle *}{}_{i,d-2L}\belowdisplayskip=.5\baselineskip R_{i} (d)=R_{i} (d-1)+\frac{1}{2}|r_{i,d}|^{2}-\frac{1}{2}|r_{i,d-2L}|^{2}

Una vez calculada la correlación y la potencia, el sincronismo se detectará como en la patente anteriormente señalada, con la diferencia de que ahora tenemos varias bandas que son susceptibles de sincronizar. Un caso típico en el que se produce la sincronización cuando la potencia calculada supera el umbral de correlación, se observa en la figura 3. En el caso que varias de las bandas sincronizaran se aplica la media de los estimadores de inicio de símbolo como estimador adecuado. Cabe señalar que cada uno de los estimadores por separado tiene una resolución M veces menor que el estimador global debido al diezmado, pero al hacer la media la varianza del estimador final es mejor que con los métodos anteriores.

Asimismo se puede calcular el error en frecuencia de muestreo a partir del ángulo de la correlación en el instante óptimo de enventanado, sustituyendo f_{i} por la frecuencia central de la banda (sub-banda). \Delta f_{s}/f_{s}=- \frac{\angle P_{i}(d_{iopt})}{2\pi f_{i}K(N/2)}

Siendo \angle(.) el ángulo del parámetro, f_{i} la frecuencia central de la banda i-ésima, K el orden de interpolación o diezmado y N el número de muestras en un símbolo OFDM.

Dependiendo del tipo de error que introduzca el sistema de la invención se estimará únicamente el error de frecuencia de traslado en banda analógico, únicamente el error de frecuencia de muestreo, o bien ambos errores. Los resultados obtenidos en cada banda se combinarán de una manera o de otra dependiendo del tipo de error que deseemos estimar.

En el caso de que el sistema sólo tenga error de frecuencia de traslado en banda analógico, se puede utilizar como estimador la media de los estimadores en las diferentes bandas, tal y como aparece en la figura 4, (error de tipo 1) ya que el error es igual en todas las bandas. Pero si lo que se quiere es calcular es el error de frecuencia de muestreo (error de tipo 2), este proceso no puede utilizarse directamente ya que este valor no es igual en todas las bandas, sino que se incrementa con la frecuencia partiendo del origen de coordenadas, como puede observarse en la figura 4. Para hacer esta estimación se realiza una regresión lineal (mediante mínimos cuadrados u otros métodos matemáticos conocidos) de los ángulos de la correlación en cada una de las bandas para estimar la pendiente de esta recta y obtener un mejor estimador, y esto se puede hacer independientemente de las bandas que se hayan sincronizado. El estimador presentado en la solicitud de patente española anteriormente mencionada era sesgado en canales selectivos en frecuencia, puesto que medía el error en frecuencia en las bandas que sufrían menor atenuación. Con el nuevo método este sesgo desaparece ya que se mide el error en cada banda de forma independiente, mejorando de esta forma la estimación de este error. Las siguientes fórmulas pueden ser empleadas para realizar la estimación de dicho error: m=\sum_{i}\frac{f_{i}^{\textstyle *}{} \angle P_{i}(d_{iopt})}{f_{i}{}^{2}}\belowdisplayskip=.5\baselineskip \Delta f_{s}/f_{s}=\frac{-m}{2\pi K(N/2)}

Siendo m el resultado de la regresión lineal de los estimadores de las diferentes bandas y \Deltafs/fs el error en frecuencia de muestreo.

Otra ventaja del procedimiento de la invención es que existe la posibilidad de calcular simultáneamente el error en frecuencia de muestreo y en frecuencia de traslado en banda analógico (error tipo 3), realizando la regresión lineal de los errores medidos en cada banda para calcular la pendiente (error en frecuencia de muestreo) y el cruce con el eje ordenadas (error en frecuencia de traslado analógica), como se puede ver en la figura 4. Matemáticamente se pueden calcular estos valores con: m=\frac{n\sum_{i}\lfloor f_{i}^{\textstyle *}\angle P_{i}(d_{iopt}) \rfloor-\sum_{i}f_{i}^{\textstyle *}\sum_{i}\angle P_{i}(d_{iopt})}{n\sum_{i} f_{i}{}^{2}-[\sum_{i}f_{i}]^{2}}\belowdisplayskip=.5\baselineskip b=\frac{\sum_{i} \angle P_{i}(d_{iopt})-m\sum_{i}f_{i}}{n}\belowdisplayskip=.5\baselineskip \Delta f_{IQ}=\frac{-b}{2\pi (T_{s}/2)}

Donde n es el número de estimadores utilizados en la regresión lineal, T_{s} es el tiempo de símbolo sin prefijo cíclico y \Deltaf_{IQ} es el error en frecuencia de traslado en banda analógico. El error en frecuencia de muestreo se obtiene a partir de m como en el caso en que solo había error en frecuencia de muestreo.

El procedimiento de la invención también puede ser aplicado a la señalización para coexistencia, esto es, la detección de señales que se utilizan para implementar un protocolo de coexistencia de varias tecnologías diferentes sobre un mismo medio de transmisión. En estos protocolos se utilizan señales especiales que todos los sistemas deben ser capaces de transmitir y recibir necesariamente para implementar un protocolo de acceso al medio de forma equitativa, y que deben ser detectadas incluso en condiciones de muy baja SNR. En medios de transmisión como la red eléctrica o vía radio se añade el problema de que dos sistemas pueden transmitir simultáneamente si la atenuación entre ellos es suficiente para hacer que las señales de uno lleguen al otro por debajo del nivel de ruido, siendo indetectables el uno para el otro. Las señales de coexistencia servirán para determinar si dos nodos o más nodos (equipos que pueden pertenecer a uno o más sistemas de comunicaciones diferentes) pueden transmitir simultáneamente, dependiendo de si la señal de un nodo es recibida por otro con mayor o menor potencia que el ruido, para cada una de las frecuencias utilizadas en la comunicación.

En escenarios como el presentado en la figura 1 resulta complicado realizar esta detección con los métodos conocidos hasta ahora, por lo que es conveniente utilizar el procedimiento de la presente invención para mejorar la detección. En este caso la mejor opción es transmitir varias señales en diferentes frecuencias (haciendo depender el numero de frecuencias con la selectividad en frecuencia del canal) que son detectadas independientemente en recepción. La detección de una de dichas señales es suficiente para determinar que algún nodo transmitió la señal de coexistencia. En recepción se utilizará la estructura de la figura 2 para separar las diferentes señales.

Si la modulación utilizada en alguno de los sistemas que ha de coexistir es OFDM bastaría con tener en algunas portadoras suficiente SNR para que la demodulación de esas portadoras fuera correcta, gracias al buen comportamiento de esta modulación en este tipo de canales selectivos en frecuencia. Es posible realizar la detección incluso cuando la SNR media es negativa, siempre que se pueda obtener el valor correcto en alguno de los rangos en que se ha dividido la señal recibida. Por tanto si se utiliza una señal de coexistencia que ocupe todo el ancho de banda para implementar la coexistencia puede darse el caso de que esa señal no sea detectada por un nodo que utiliza modulación OFDM y que dos nodos ocupen simultáneamente el canal y se interfieran, ya que la señal de uno no será inferior al nivel de ruido detectado en recepción del segundo nodo en todas las frecuencias. Según la descripción realizada utilizando el procedimiento de invención se soluciona este problema.

Claims (14)

1. Procedimiento de sincronización en el dominio del tiempo y de la frecuencia de múltiples equipos en un sistema de transmisión con modulación OFDM, aplicable en la comunicación bidireccional a través de la red eléctrica entre diferentes equipos conectados a la misma red eléctrica para proporcionar en recepción una estimación del comienzo de los símbolos OFDM y del error en frecuencia de los osciladores locales de los equipos, que comprende la generación de secuencias de sincronismo que se transmiten por la red eléctrica, y el envío de dichas secuencias de sincronismo a través del mismo canal utilizado para el envío de datos, estando este canal determinado por un enlace desde un equipo hacia el resto; se caracteriza porque comprende:

-

descomponer las señales recibidas, que contienen los datos y secuencias de sincronismo, en varias bandas o rangos de frecuencia;

-

detectar las secuencias de sincronismo de cada uno de los rangos o bandas de frecuencia en recepción, mediante la aplicación de un algoritmo de sincronización en el tiempo, para estimar a partir de dicho algoritmo el comienzo de los símbolos OFDM y el error en frecuencia de los osciladores locales en cada banda de frecuencia;

-

combinar las estimaciones obtenidas en cada banda de frecuencia.

2. Procedimiento de sincronización en el dominio del tiempo y de la frecuencia de múltiples equipos en un sistema de transmisión con modulación OFDM, según reivindicación 1, caracterizado porque la descomposición de la señal recibida en bandas o rangos de frecuencia se realiza aplicando un filtro paso banda centrado en cada una de las bandas de frecuencia, una traslación en frecuencia de las señales filtradas para trabajar con cada banda en banda base y, selectivamente un diezmado para simplificar la complejidad de la electrónica necesaria para la detección de la secuencia de sincronismo.

3. Procedimiento de sincronización en el dominio del tiempo y de la frecuencia de múltiples equipos en un sistema de transmisión con modulación OFDM, según reivindicación 1, caracterizado porque la descomposición de la señal recibida se realiza simultáneamente mediante un Banco de filtros uniformes y diezmados con DFT, con la complejidad del filtro paso banda prototipo, y un circuito de transformada discreta de Fourier (DFT).

4. Procedimiento de sincronización en el dominio del tiempo y de la frecuencia de múltiples equipos en un sistema de transmisión con modulación OFDM, según reivindicación 1, caracterizado porque la descomposición de la señal recibida se realiza mediante un circuito de transformada discreta de Fourier (DFT).

5. Procedimiento de sincronización en el dominio del tiempo y de la frecuencia de múltiples equipos en un sistema de transmisión con modulación OFDM, según reivindicación 1, caracterizado porque la detección de las secuencias de sincronismo se efectúa en cada uno de los rangos o bandas de frecuencia mediante el maximizado del criterio de máxima verosimilitud, para realizar la estimación del comienzo de los símbolos OFDM a partir del cálculo del máximo de correlación temporal de las muestras de cada banda, determinándose este máximo como el punto medio de la zona plana del pico de la correlación, cuyo tamaño en número de muestras es igual al número de muestras de prefijo cíclico sin interferencia entre símbolos (ISI), y realizándose posteriormente el cálculo del ángulo de la correlación en el instante determinado como máximo de correlación en cada uno de las bandas de frecuencia para estimar el error en frecuencia y ajustar los osciladores a una referencia común.

6. Procedimiento de sincronización en el dominio del tiempo y de la frecuencia de múltiples equipos en un sistema de transmisión con modulación OFDM, según reivindicación 5, caracterizado porque el máximo de la correlación se calcula mediante la detección de los picos que sobrepasen un umbral de la potencia en cada una de las bandas o rangos de frecuencia de la señal recibida, y porque el valor de dicho umbral se fija para minimizar la probabilidad de que se produzca una falsa alarma, empleándose, para calcular la correlación, la siguiente métrica: P_{i}(d)=\sum^{L-1}_{m=0}(r_{i,d-m}r^{\textstyle *}{}_{i,d-m-L}) y para calcular la potencia: R_{i} (d)=\frac{1}{2}\sum^{2L-1}_{m=0}|r_{i,d-m}|^{2} donde r_{i,d} es la señal correspondiente a la banda de frecuencias i-ésima en el instante d, L es el número de muestras en medio símbolo, P_{i}(d) es la correlación en la banda i-ésima en el instante d y R_{i}(d) la potencia en la banda i-ésima en el instante d.

7. Procedimiento de sincronización en el dominio del tiempo y de la frecuencia de múltiples equipos en un sistema de transmisión con modulación OFDM, según la reivindicación 6, caracterizado porque el cálculo de la correlación y la potencia se realiza de forma iterativa, almacenando las muestras y preferentemente los productos parciales para el cálculo de la correlación y potencia con las siguiente fórmulas: P_{i} (d)=P_{i} (d-1)+r_{i,d} r^{\textstyle *}{}_{i,d-L} - r_{i,d-L} r^{\textstyle *}{}_{i,d-2L}\belowdisplayskip=.5\baselineskip R_{i} (d)=R_{i} (d-1)+\frac{1}{2}|r_{i,d}|^{2}-\frac{1}{2}|r_{i,d-2L}|^{2} siendo P_{i}(d) la correlación en la banda de frecuencia i-ésima en el instante d, R_{i}(d) la potencia en la banda i-ésima en el instante d, y r_{i,x} la señal correspondiente a la banda i-ésima en el instante x.

8. Procedimiento de sincronización en el dominio del tiempo y de la frecuencia de múltiples equipos en un sistema de transmisión con modulación OFMD, según la reivindicación 6, caracterizado porque el instante de detección de la secuencia de sincronización en recepción se toma como el punto medio de la zona que sobrepasa el 90% del máximo de correlación, pero retrasado un número de muestras adecuado para reducir la interferencia entre símbolos al mínimo, siendo este número de muestras ajustable.

9. Procedimiento de sincronización en el dominio del tiempo y de la frecuencia de múltiples equipos en un sistema de transmisión con modulación OFDM, según la reivindicación 6, caracterizado porque cuando el error en frecuencia es menor que un umbral previamente fijado se utiliza únicamente la parte real de la correlación en cada banda.

10. Procedimiento de sincronización en el dominio del tiempo y de la frecuencia de múltiples equipos en un sistema de transmisión con modulación OFDM, según reivindicación 1, caracterizado porque los resultados de la estimación del comienzo de los símbolos OFDM sobre cada banda de frecuencias se combinan, en forma de media o media ponderada, para obtener una estimación con menos varianza.

11. Procedimiento de sincronización en el dominio del tiempo y de la frecuencia de múltiples equipos en un sistema de transmisión con modulación OFDM, según reivindicación 1, caracterizado porque se realiza la media del error en frecuencia de traslación analógico, para reducir la varianza de los valores de error calculados en cada una de las bandas de frecuencia.

12. Procedimiento de sincronización en el dominio del tiempo y de la frecuencia de múltiples equipos en un sistema de transmisión con modulación OFDM, según reivindicación 1, caracterizado porque se estima el error en frecuencia de muestreo mediante regresión lineal de los valores de error obtenidos en cada banda tras la aplicación de la separación en bandas de frecuencia.

13. Procedimiento de sincronización en el dominio del tiempo y de la frecuencia de múltiples equipos en un sistema de transmisión con modulación OFDM, según reivindicación 1, caracterizado porque se estima simultáneamente el error en frecuencia de traslación analógico y el error de la frecuencia de muestreo mediante la aplicación de la separación en bandas de frecuencia.

14. Procedimiento de sincronización en el dominio del tiempo y de la frecuencia de múltiples equipos en un sistema de transmisión con modulación OFDM, según reivindicación 1, caracterizado porque se transmiten señales de coexistencia que se detectan en recepción mediante la aplicación de la separación en bandas y la detección en cada una de esas bandas, para que un sistema pueda conocer si otro ha transmitido o no cierta secuencia sobre el canal.