ES2248026T3 - Sistema para estimular la ganancia compleja de un canal de transmision. - Google Patents
Sistema para estimular la ganancia compleja de un canal de transmision.Info
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Abstract
Sistema para estimar la ganancia compleja de un canal de transmisión destinado a moduladores/desmoduladores de tipo paralelo utilizables en radiodifusión numérica caracterizado porque comprende: - un número determinado de N juegos de interpoladores (11 a 1N) para estimar la ganancia en un símbolo útil a partir de símbolos conocidos que constituyen referencias de ganancia regularmente dispuestas en la señal emitida, cada juego de interpoladores siendo adaptado a una situación particular de recepción, yendo de un canal mono-trayecto estable a un canal de fuerte dispersión temporal y fuerte inestabilidad, las salidas de los interpoladores estando acopladas a un dispositivo de selección (2) programado para seleccionar el juego interpolador (11 a 1N) que da el ruido menor estimado durante una duración determinada.
Description
Sistema para estimar la ganancia compleja de un
canal de transmisión.
La presente invención concierne a un sistema para
estimar la ganancia compleja de un canal de transmisión.
Se aplica específicamente en el campo de la radio
difusión numérica que utiliza moduladores/desmoduladores paralelos
en las bandas de grandes ondas, de ondas medias y de ondas cortas
moduladas en amplitud.
La patente GB 2 247 812 describe un ecualizador
cuyos parámetros son definidos por los valores de interpolación
entre dos respuestas de impulsos del canal de transmisión.
Los procedimientos que presentan los mejores
compromisos en costo y eficacia están basados en el empleo de un
modulador/desmodulador paralelo, que es a menudo descrito como la
juxtaposición de un gran número N de varias centenas de
moduladores/desmoduladores elementales de bajo rendimiento de
algunas decenas de bits por segundo calzado cada uno sobre una
frecuencia central que le es propia. Esas frecuencias centrales se
aproximan lo más posible unas a otras, para que el flujo binario de
las informaciones transmitidas sea máximo en la banda de frecuencia
atribuida al emisor.
A modo de ejemplo un modulador/desmodulador
paralelo debe poder trabajar siguiendo los estándares actuales de
radio difusión en el interior de una banda total de 9 kHz que
comprende 288 portadores espaciados de 31,25 Hz, siendo cada uno
modulado independientemente de sus vecinos, estando completamente
sincronizados entre ellos.
Cuando el canal de transmisión es inestable,
particularmente en ondas cortas, es esencial poder seguir sus
variaciones y por tanto estimar su ganancia compleja en amplitud y
fase a cada instante y en cada portador para poder utilizar un
procedimiento de desmodulación llamado coherente que permite
explotar de forma óptima las modulaciones
multi-estados con gran eficacia espectral, es decir
caracterizados por un gran número de bits/s transmitidos por Hz de
banda ocupada.
La estimación de la ganancia compleja del canal
se efectúa habitualmente por inserción de símbolos de amplitudes y
de fases conocidos según un motivo regular predeterminado. Esos
símbolos llevan también el número de "referencia de ganancia".
Presentan una proporción tan escasa como sea posible de todos los
símbolos transmitidos, siempre a fin de hacer máximo el flujo
útil.
La ganancia compleja del canal en cualquier
instante y en cualquier frecuencia puede entonces ser estimada por
un procedimiento de interpolación que, a partir de las ganancias
medidas en las referencias de ganancia, calcula la ganancia del
canal en la posición deseada.
El procedimiento es comparable con aquel de una
filtración, y consiste en calcular una suma ponderada de referencias
de ganancias vecinas de la célula considerada.
Una primera solución conocida consiste en
efectuar una interpolación temporal seguida de una interpolación de
frecuencia. Dos pasos son entonces necesarios.
El primer paso consiste en estimar la ganancia
compleja del canal en un símbolo determinado de cada uno de los
portadores a partir de las referencias de ganancia situadas en el
pasado y en el futuro por interpolación. Esta interpolación se hace
mediante una combinación lineal de un número determinado Kt de
referencias de ganancia.
El segundo paso consiste en efectuar una
filtración según el eje de las frecuencias por un filtro oblicuo a
fin de mejorar la estimación. Todas las ganancias estimadas en un
instante determinado en los portadores vecinos de un portador dado
son combinadas con la ganancia estimada en ese portador para mejorar
la relación señal contra ruido. Esta interpolación tiene lugar en
los portadores Kf.
En esta primera solución N es el número de
portadores, y la complejidad del conjunto que resulta es
proporcional a N.Kt + Nkf = N(Kt + Kf).
Una segunda solución consiste en efectuar una
interpolación bidimensional. En ese caso, la estimación tiene lugar
en un solo paso, y es el resultado de una combinación de
interpolación temporal y de frecuencia. La ganancia estimada en un
instante dado en un portador examinado es una combinación lineal de
ganancias de referencias de ganancia presentes en el pasado, el
presente y el futuro del instante considerado, en el portador
examinado y sus vecinos.
Para obtener ejecuciones cercanas a aquellas de
la primera solución, es necesario considerar un poco menos las
referencias Kt.Kf de ganancia en cada interpolación y conservar
aquellas que son "las más correlacionadas" con la ganancia a
estimar, lo que equivale a una complejidad del orden de
3/4.N.Kt.Kf.
Una tercera solución consiste en efectuar una
proyección en los vectores propios. En ese caso la señal recibida es
considerada como resultante de la suma de R réplicas de la señal
original transmitida en un canal multi-trayectos. El
conjunto de ganancias del canal consideradas en un instante dado y
en los N portadores puede ser reducida a un vector de ganancia que
es la suma de R vectores de evolución lenta (banda estrecha) más o
menos des-correlacionados y de un vector de ruido
aleatorio.
El método utilizado consiste en calcular la
auto-correlación de las ganancias según el eje de
frecuencias, en formar una matriz que tiene sus
auto-correlaciones como coeficientes, en encontrar
sus valores propios, y conservar los vectores R propios que
corresponden a los trayectos R.
El vector de ganancia es entonces proyectado en
esos vectores propios y la proyección es considerada como el
conjunto de ganancias lisas desprovistas de ruido.
La complejidad de este método está en lo que
corresponde al cálculo de las N auto-correlaciones,
seguido del cálculo de los valores propios de una matriz de
dimensión NxN, es decir muy elevada.
Finalmente una cuarta solución utiliza un método
de filtración adaptable que consiste en utilizar uno de los dos
métodos de interpolación, tiempo después frecuencia o bidimensional,
y en hacer variar los coeficientes de los filtros interpoladores en
el curso del tiempo según métodos matemáticos bien conocidos, como
el algoritmo del gradiente o del gradiente simplificado, el
algoritmo del signo, o incluso aquel que consiste en efectuar
nuevamente el mismo cálculo a intervalos regulares. En ese caso, el
grado de complejidad es intermedio entre aquel de los métodos de
interpolación fijados y de proyección. Esta solución presenta
riesgos de inestabilidad en el caso de canales fuertemente
perturbados como es el caso de la banda HF de ondas cortas.
El objeto de la invención es el de aportar una
solución inferior a la óptima que se dirige a obtener ejecuciones
comparables a aquellas de los métodos más difíciles citados
precedentemente teniendo una muy poca complejidad que es una
condición sine qua non para que el receptor tenga un costo de
adquisición y de uso aceptable, conociendo que el canal no está
siempre perturbado de la misma forma. Las condiciones de recepción
de las diferentes estaciones de radiodifusión que es posible recibir
en un instante dado son en efecto muy variables, ciertas estaciones
siendo recibidas "fuerte y claro", mientras que otras son
afectadas por ruidos y distorsión. En esas condiciones, parece
evidente que el trabajo que tendrá que efectuar el estimador de
canal del receptor no será el mismo en los dos casos.
Peor aún, se ha constatado que un interpolador
adaptado a un canal perturbado degrada las ejecuciones en un canal
de buena calidad, lo que puede explicarse considerando que un
interpolador se comporta como un filtro de alisado de paso bajo que
debe ser ancho cuando el canal es inestable y más bien estrecho
cuando el canal es estable. En el caso donde el filtro está adaptado
a un canal inestable y el canal es estable, ese filtro va a recibir
demasiado ruido además de la señal útil que representa las
referencias de ganancia recibidas. Si por el contrario, el filtro
está adaptado a un canal estable y el canal evoluciona rápidamente,
se hace imposible seguir sus evoluciones, por más que, haya poco
ruido, el canal es mal estimado y la calidad del estimador es
mediocre.
Por lo tanto conviene tener en cada instante
interpoladores suficientemente adaptados a la situación corriente
que dependen de la hora y de la estación recibida, las ejecuciones
que pueden ser menos buenas que con interpoladores óptimos pero
suficientes para que la degradación pase inadvertida.
A este efecto, la invención tiene por objeto, un
sistema para estimar la ganancia compleja de un canal de transmisión
destinado a moduladores/desmoduladores de tipo paralelo utilizables
en radiodifusión numérica caracterizado porque comprende:
- un número determinado de N juegos
interpoladores para estimar la ganancia en un símbolo útil a partir
de símbolos conocidos que constituyen referencias de ganancia
regularmente dispuestos en la señal emitida, cada juego de
interpoladores estando adaptado a una situación particular de
recepción, yendo de un canal mono-trayecto estable a
un canal de fuerte dispersión temporal y fuerte inestabilidad,
dichas salidas de los interpoladores estando acopladas a un
dispositivo de selección programado para seleccionar el juego de
interpoladores que da el ruido más pobre estimado durante una
duración determinada.
La invención tiene como ventaja aquella de una
gran facilidad de ejecución, los algoritmos utilizados para el
cálculo de los criterios de selección siendo similares a aquellos
normalmente necesarios para efectuar una desmodulación. El aumento
de la potencia de cálculo necesaria es escasa ya que los criterios
de selección son calculados solamente en las referencias de
ganancia. La invención tiene igualmente como ventaja aquella de
proponer una adaptación a más pequeño costo en condiciones de
recepción extremadamente variables. En fin permite obtener una casi
optimización, a saber una pobre degradación de las ejecuciones con
relación a aquellas que podrían ser obtenidas con un sistema
constantemente óptimo.
Otras características y ventajas de la invención
aparecerán con la ayuda de la descripción que sigue hecha en
relación con los dibujos anexos que representan:
La figura 1 un modo de organización de un sistema
interpolador según la invención.
La figura 2 una repartición de símbolos de
referencia de ganancia en un canal de transmisión que comprende
varios portadores modulados en paralelo así como una ilustración del
modo de cálculo por interpolación que es efectuado según la
invención.
La figura 3 las diferentes etapas del
procedimiento según la invención puestas bajo la forma de un
organigrama.
La solución propuesta por la invención consiste
en utilizar varios juegos de interpoladores adaptados cada uno a una
situación dada, cada situación estando ella misma caracterizada por
una dispersión Doppler que corresponde a la velocidad a la cual el
canal evoluciona y por una "dispersión temporal", que
corresponde a la diferencia entre las dos réplicas de la señal
original que llegan al receptor más pronto y más tarde. Mientras más
rápido evoluciona el canal, más importante es la dispersión Doppler.
La dispersión temporal es una medida de la dispersión del canal de
transmisión.
Cada juego de interpoladores efectúa un estimado
de la ganancia de canal en uno o varios portadores a partir de
referencias de ganancia transmitidas en esos portadores.
A cada juego de interpoladores está asociado un
criterio de selección. El n^{simo}criterio es la estimación del
error de interpolación que puede ser obtenido en término medio
utilizando el n^{simo} juego de interpoladores. Si el n es mínimo,
es lógicamente el n^{simo} juego de interpoladores que debe ser
utilizado.
Para este fin el sistema representado en la
figura 1 comprende N juegos de interpoladores referenciados de
1_{1} a 1_{N} en las entradas a las cuales son aplicadas las
señales desmoduladas de un canal de transmisión. Las salidas de los
juegos de interpoladores están acopladas a un dispositivo de
selección 2 por medio de N dispositivos estimadores de ruido
referenciados de 3_{1} a 3_{n}.
El criterio de selección consiste en evaluar en
un instante dado el término medio de la diferencia entre las
referencias de ganancia y sus valores tales como son calculados a
partir de referencias de ganancia vecinas. Ese cálculo es hecho por
medio de un filtro especial característico del juego de
interpoladores considerado. Consiste como lo muestran las etapas 4 a
8 del organigrama de la figura 3 en efectuar en la etapa 5, para
cada símbolo considerado en la etapa 4 como una referencia de
ganancia, un estimado de esa ganancia por la filtración a partir de
ella misma y de sus vecinas, y en calcular en la etapa 7 la
diferencia media entre el valor estimado y el valor de ganancia
observado en la etapa 6. Mientras menor sea la diferencia, mejor
será juzgado el juego de interpoladores utilizado para el cálculo.
Ya que el calculo se efectúa en una referencia de ganancia, y que
esos últimos representan una proporción escasa de los símbolos
transmitidos, eso se traduce en un aumento casi despreciable de la
potencia de cálculo necesaria.
Para determinar cuál es el mejor juego de
interpoladores que corresponde a las condiciones corrientes el
procedimiento examina en uno o varios portadores las posiciones
solas que corresponden a instantes conocidos
t=...t-2, t-1, t, t+1, t+2... donde
la señal recibida r(t) posee una ganancia conocida
Z(t) determinada para cada uno de esos instantes, como es
representado en la figura 2. En ese caso la ganancia del canal
directo g(t) es determinada por la relación:
(1)g(t)
\ director =
\frac{r(t)}{z(t)}
La ganancia g(t) directa del canal en un
instante t es obtenida por interpolación teniendo en cuenta las
ganancias directas del canal en los diferentes instantes de
recepción de las señales enmarcando el instante t según la
relación:
(2)g(t)
\ indirector = \sum b_{ik} \ \frac{r(t +
dt(i))}{z(t +
dt(i))}
con dt(i) \neq 0 y donde
b_{ik}designa los coeficientes adaptados al ancho de banda de
variación del
canal.
El cálculo de la diferencia media Q(k) es
determinado en la etapa 7 por la relación:
(3)Q_{k} =
< l \ g(t) \ indirecto - g(t) \ directo \
l^{2}>_{k}
El cálculo precedente es repetido para cada juego
de interpoladores. El juego de interpoladores retenido en la etapa 8
es aquel para el cual la esperanza matemática Q_{k} definida por
la relación (3) es mínima y aparece la mayoría de las veces en una
ventana de tiempo determinada.
Claro está teniendo en cuenta el carácter
aleatorio del ruido presente de manera permanente, una estrategia de
alisado de las decisiones es ejecutada por los bloques estimadores
de ruido 3_{1} a 3_{n} de la figura 1. Esta estrategia puede
consistir por ejemplo, en decidir que el nuevo juego de
interpoladores que está en curso de examen es el correcto cuando el
criterio definido por la relación (3) es mínimo al menos un número
determinado de veces a continuación del curso de un número
determinado de símbolos sucesivos, o en conservar el viejo en el
caso contrario. El juego de interpoladores es modificado yendo a un
juego vecino que corresponde a una dispersión temporal un poco más
importante o un poco más pobre o que corresponde a una dispersión de
frecuencia un poco más importante o un poco más pobre.
\newpage
En la práctica, se trata que el sistema pueda
estar limitado a un número igual de tres juegos de interpoladores,
un juego de interpoladores para condiciones poco severas es decir de
escasa dispersión temporal y canal estable, un juego de
interpoladores para las condiciones más severas que puede soportar
el sistema, y un juego de interpoladores para condiciones
intermedias entre esos dos extremos.
Claims (4)
1. Sistema para estimar la ganancia compleja de
un canal de transmisión destinado a moduladores/desmodul adores de
tipo paralelo utilizables en radiodifusión numérica
caracterizado porque comprende:
- un número determinado de N juegos de
interpoladores (1_{1} a 1_{N}) para estimar la ganancia en un
símbolo útil a partir de símbolos conocidos que constituyen
referencias de ganancia regularmente dispuestas en la señal emitida,
cada juego de interpoladores siendo adaptado a una situación
particular de recepción, yendo de un canal
mono-trayecto estable a un canal de fuerte
dispersión temporal y fuerte inestabilidad, las salidas de los
interpoladores estando acopladas a un dispositivo de selección (2)
programado para seleccionar el juego interpolador (1_{1} a
1_{N}) que da el ruido menor estimado durante una duración
determinada.
2. Sistema según la reivindicación 1
caracterizado porque el dispositivo de selección (2) evalúa
(5, 6, 7) en un instante dado y para cada juego de interpoladores,
el término medio de la diferencia entre las referencias de ganancia
y sus valores calculados a partir de las referencias de ganancia
vecinas.
3. Sistema según la reivindicación 2
caracterizado porque el dispositivo de selección (2)
selecciona (8) el juego de interpoladores para el cual el valor
calculado del término medio de la diferencia entre las referencias
de ganancia y sus valores calculados a partir de las referencias de
ganancia vecinas es mínimo y aparece la mayoría de las veces en el
curso de una ventana de tiempo determinada.
4. Sistema según una cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 3 caracterizada porque los símbolos
conocidos que constituyen las referencias de ganancia están
repartidos en uno o varios portadores de un mismo canal de
transmisión.
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