ES2262021T3 - Arquitectura robusta para estimacion de retardos. - Google Patents
Arquitectura robusta para estimacion de retardos.Info
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Abstract
Un método (500) para estimar retardos de multitrayectoria para un canal en un sistema de comunicación móvil con base de espectro ensanchado, comprendiendo el método: definir un conjunto de retardos de desensanchado disponibles para el canal; iniciar (502) una búsqueda de trayectorias del canal usando los retardos para obtener estimaciones de canal para el canal en cada retardo; compilar (504) un perfil de retardos actual para el canal, basándose en las estimaciones de canal; calcular (506) un perfil de retardos medio para el canal, usando el perfil de retardos actual y uno o más perfiles previos de retardos; y detectar (510) picos en el perfil de retardos medio y seguir (510) los picos detectados con el paso del tiempo; estando caracterizado además el método por detectar (518, 520) un suceso umbral, basándose en el perfil de retardos medio y el perfil de retardos actual; y repetir (522) la operación de iniciación sensible a la operación de detectar (518, 520) el suceso umbral.
Description
Arquitectura robusta para estimación de
retardos.
Esta invención se refiere a una estimación de
retardos de multitrayectoria en sistemas de comunicación inalámbrica
y, en particular, a un método y un sistema más robustos y flexibles
para estimar retardos de multitrayectoria.
En sistemas de comunicación móvil de acceso
múltiple por división de código (CDMA) y de CDMA de banda ancha
(WCDMA), tales como el sistema universal de telecomunicaciones
móviles (UMTS), se transmiten datos usando una técnica de modulación
de espectro ensanchado, en la que los datos son dispersados a través
de una amplia gama de frecuencias. A cada canal se asigna un código
de ensanchado exclusivo que se usa para ensanchar los datos a través
del intervalo de frecuencias. Al código de ensanchado se le denomina
un código de ruido seudoaleatorio (PN) y está compuesto por una
secuencia binaria de unos y ceros (o de unos y menos unos), llamados
"chips", que se distribuyen de manera seudoaleatoria y que
tienen propiedades a modo de ruido. El número de chips usados para
ensanchar un bit de datos, o unos chips/bit, puede variar y depende,
en parte, de la velocidad de transmisión de datos del canal de
tráfico y la velocidad de transmisión de chips del sistema. Para
recuperar los datos transmitidos, la señal recibida se debe
desensanchar con el mismo código de ensanchado usando la misma
velocidad de transmisión de chips. Además, se debe sincronizar la
temporización de la desmodulación, es decir, se debe aplicar el
código de desensanchado a la señal recibida en el instante correcto
en el tiempo.
Puede ser difícil conseguir la temporización
apropiada debido a los efectos de desvanecimiento de las
multitrayectorias, en el caso de que la misma señal transmitida se
desplace a lo largo de múltiples trayectorias para llegar a la
unidad receptora en momentos diferentes. Haciendo referencia a la
figura 1, por ejemplo, la unidad receptora 100 puede recibir la
señal transmitida desde una estación base 102 sobre una trayectoria
de propagación directa y no obstruida (Trayectoria 1). Sin embargo,
muchas otras trayectorias de propagación (por ejemplo, Trayectoria
2, Trayectoria 3) existen también porque, en la mayoría de los
casos, la antena de transmisión de la estación base 102 no está
enfocada de modo suficientemente estrecho en cualquier dirección
dada. Así, múltiples casos de la misma señal pueden ser recibidos
por la unidad receptora 100 en momentos diferentes, a medida que las
porciones de señal se reflejan en diversos objetos y obstáculos (por
ejemplo, una casa 104, un edificio 106) en los alrededores antes de
llegar a la unidad receptora 100. En sentido contrario, la
transmisión desde la unidad receptora 100 hasta la estación base 102
puede experimentar similares efectos de desvanecimiento de las
multitrayectorias.
La mayoría de los sistemas con base CDMA usan
receptores RAKE que son capaces de identificar y seguir las diversas
señales de multitrayectoria para un canal dado. Se pueden combinar
entonces las señales de multitrayectoria con distancias de
propagación similares, dependiendo de la resolución temporal del
sistema de transmisión y la relación de fase instantánea de las
señales de multitrayectoria, para formar un componente distinto de
multitrayectoria. Cada componente de multitrayectoria está asignado
a un desensanchador (cursor RAKE) que tiene una copia del código de
ensanchado, pero una copia que ha sido retardada en el tiempo con
relación al código de ensanchado usado para el componente de
trayectoria directa. La cantidad de tiempo de retardo en el
desensanchador se establece para concordar con el retardo de
trayectoria del correspondiente componente de multitrayectoria.
Después del desensanchado, los componentes de multitrayectoria desde
los diversos desensanchadores se combinan de manera coherente para
producir una estimación de los datos o símbolos que se están
transmitiendo.
Para que la disposición anterior sea eficaz, el
receptor RAKE requiere el conocimiento al día de los retardos de
multitrayectoria del canal. Este conocimiento es importante a fin de
maximizar la relación señal a interferencia de la señal detectada de
multitrayectoria. Además, cuanto menor sea el número de trayectorias
disponibles en la unidad receptora, mayor será la probabilidad de
que las trayectorias detectadas puedan experimentar profundos
desvanecimientos simultáneos. La utilización de diversidad, o la
falta de ella, puede conducir a una degradación seria y, a menudo,
catastrófica de la tasa de errores de bloque (BLER).
Un modo de identificar las señales de
multitrayectoria es buscar las múltiples trayectorias por un
intervalo de posibles retardos de desensanchado. Esta búsqueda de
trayectorias se puede obtener transmitiendo una señal piloto desde
la estación base y aplicando una serie de retardos de desensanchado
predefinidos en la unidad receptora. En el caso en el que sucede que
los retardos predefinidos coinciden con los tiempos de llegada de
las señales de multitrayectoria, resulta una estimación de canales
de mayor magnitud. El perfil de retardos resultante, que puede ser
un perfil de retardos complejo (CDP) o un perfil de retardos de
potencia (PDP), se puede someter entonces a detección de picos, y la
posición de los picos se da a conocer al receptor RAKE como
estimaciones de los retardos de multitrayectoria del canal.
La figura 2 ilustra un PDP aclarativo de un
canal dado para una pasada o iteración de la búsqueda de
trayectorias. El eje vertical en la figura 2 representa la magnitud
de la señal detectada, mientras que el eje horizontal representa el
tamaño de los retardos aplicados. El PDP de la figura 2 muestra
todas las señales que son recibidas por la unidad receptora,
incluyendo las señales de ruido e interferencia. Sin embargo, sólo
los picos en el PDP corresponden a las señales de multitrayectoria
del canal, picos que, juntos, forman la respuesta de impulso del
canal. En esta iteración, la ventana de búsqueda (o ensanchado de
retardos) incluye un total de X números de unidades de
retardo. Una unidad de retardo puede ser, por ejemplo, 0,1 \mus, y
k unidades de retardo son simplemente k veces una
unidad de retardo. En iteraciones o pasadas posteriores, la ventana
de búsqueda se puede ajustar tanto en posición (es decir, tiempo de
comienzo) como en tamaño (es decir, número de unidades de retardo) a
fin de actualizar continuamente el receptor RAKE con las
estimaciones más recientes de retardos de multitrayectoria.
Sin embargo, los gastos de procesamiento y
consumo de potencia al ejecutar frecuentemente esta rutina de
búsqueda de trayectorias son usualmente prohibitivos. Por lo tanto,
las típicas estimaciones de retardos usan ventanas de búsqueda
acortadas, resolución de buscador reducida, y cortas rutinas
adicionales de sub-buscador para producir
estimaciones de resolución superior de ciertas áreas del PDP, por
ejemplo, los retardos M indicados en la figura 2. Incluso con
estas medidas de reducción, se ha encontrado que la tarea de
programar apropiadamente las pasadas del buscador y de situar la
ventana de búsqueda, todavía puede plantear serias dificultades bajo
muchas condiciones de canal. Por consiguiente, algunos componentes
de multitrayectoria escapan a la detección, degradando así tanto la
SIR instantánea (relación señal a interferencia) como la diversidad
utilizada en el entorno de desvanecimiento de multitrayectorias.
Ya que la realización de la función de
estimación de retardos en los receptores RAKE depende de los
parámetros específicos del sistema y los recursos de hardware, es
difícil presentar la solución universalmente "mejor" que se
pueda aplicar a todos los sistemas. Por ejemplo, aunque existen
varias arquitecturas básicas para la estimación de retardos, hay
incluso variaciones detalladas más numerosas de las mismas. No
obstante, una implementación bastante avanzada y práctica de un
estimador de retardos se puede decir que incluye las siguientes
etapas: buscador de trayectorias, cursores de sintonización,
resolución y seguimiento de trayectorias y colocación y
programación de la ventana del buscador.
La figura 3 ilustra un estimador de retardos
básico en un receptor RAKE. Como se puede ver, el estimador 300 de
retardos incluye un buscador 302 de trayectorias (PS), unos cursores
de sintonización (TF) 304, un módulo 306 de resolución y seguimiento
de trayectorias y un módulo 308 de colocación y programación de la
ventana del buscador, todos interconectados como se muestra. El
buscador 302 de trayectorias es un dispositivo que computariza
estimaciones de respuesta instantáneas de los impulsos de canal
(complejas o de potencia) por un intervalo de retardos, que
constituye una fracción significativa del máximo ensanchado de
retardos permitido por el sistema. El CDP o PDP para un valor dado
de retardo se estima poniendo los datos recibidos para los símbolos
piloto en correlación con una copia apropiadamente retardada de la
secuencia de ensanchado, un método que es bien conocido en la
técnica. A menudo, el buscador 302 de trayectorias se usa
principalmente como unos medios para detectar la existencia de
trayectorias y, por lo tanto, su resolución de salida puede ser algo
menor que la resolución requerida por el receptor RAKE.
Los cursores de sintonización 304 son
dispositivos para producir un CDP o PDP instantáneo de alta
resolución sobre una ventana estrecha de retardos, por ejemplo, los
retardos M en la figura 2. Los cursores de sintonización 304
pueden incluir M desensanchadores, cada desensanchador
sintonizado a uno de los M retardos vecinos. Los
desensanchadores de los cursores de sintonización 304 son similares
a los desensanchadores de los cursores RAKE del buscador de
trayectorias, excepto en que están usualmente espaciados más
estrechamente entre sí. Debido a la alta resolución, los cursores de
sintonización 304 se usan comúnmente para refinar localmente la
información del PDP más basta proporcionada por los buscadores 302
de trayectorias.
El módulo 306 de resolución y seguimiento de
trayectorias incluye un conjunto de algoritmos de procesamiento de
señales y lógicos que extraen la información de posición de las
trayectorias físicas desde las salidas del buscador 302 de
trayectorias y de los cursores de sintonización 304. Esta
información de posición se presenta entonces como estimaciones de
retardo para etapas posteriores del receptor RAKE, y se hace la
asignación de trayectorias distintas a los cursores RAKE.
Una vez asignadas, las asignaciones permanecen
constantes durante un tiempo significativo para permitir una
estimación fiable de la potencia y la interferencia. El grado de
complejidad de los algoritmos de procesamiento de señales y lógicos
varía significativamente dependiendo de los parámetros del sistema,
y puede variar desde la simple detección de picos hasta los
sofisticados algoritmos de deconvolución y filtrado.
El módulo 308 de colocación de ventanas y de
programación incluye una lógica de control que determina la
temporización de la activación del buscador de trayectorias y de los
cursores de sintonización y sus posiciones de ventana respectivas
para cada ciclo del buscador de trayectorias. La temporización de la
activación puede ser fija (periódica), o puede depender de las
señales obtenidas del entorno circundante, mientras que el
posicionamiento depende usualmente de la posición de las
trayectorias detectadas previamente.
La naturaleza de las estimaciones de retardos
proporcionadas por el estimador 300 de retardos mostrado en la
figura 3 es intrínsecamente instantánea porque, para una
implementación sencilla, se puede realizar una operación particular,
basándose sólo en la información proporcionada por la etapa previa.
Sin embargo, se ha encontrado, a menudo, que tales operaciones sin
memoria no producen resultados satisfactorios bajo ciertas
condiciones exigentes de canal. En condiciones de baja relación
señal a interferencia (SIR), por ejemplo, los picos en el PDP debido
a las trayectorias físicas son difíciles de distinguir
instantáneamente. Los efectos de desvanecimiento hacen también
difícil detectar y seguir las trayectorias, basándose meramente en
la magnitud de trayectoria instantánea en el momento de la pasada
del buscador de trayectorias. Además, para canales con amplio
ensanchado de retardos, la colocación precisa de la ventana del
buscador de trayectorias es crítica para evitar perder trayectorias
con energía significativa.
Un modo de aliviar las preocupaciones anteriores
es construir algún promediado (filtrado) temporal en ciertos puntos
de las etapas lógicas de detección y control de trayectorias (por
ejemplo, la etapa de resolución y seguimiento de trayectorias). Se
ha encontrado, sin embargo, que el rendimiento exitoso del estimador
de retardos a nivel de sistema es muy sensible a descubrir las
combinaciones apropiadas de los parámetros de filtrado. Estos
parámetros, a su vez, dependen a menudo de una condición particular
del canal seleccionado como objetivo. En consecuencia, es deseable
proporcionar una arquitectura más robusta del estimador de retardos,
que sea menos susceptible a las difíciles condiciones de canal
mencionadas anteriormente.
El documento EP 1033823 está dirigido a un
receptor RAKE que incluye un detector de perfiles de retardos, una
unidad de promediado de perfiles de retardos, una unidad de
funciones de ponderación, un filtro de bucles, un controlador de
reloj y un generador de códigos de ensanchado. El detector de
símbolos de datos y la unidad de funciones de ponderación reciben
cada uno, como entradas, un perfil de retardos y un perfil de
retardos medio. La unidad de funciones de ponderación calcula un
valor representativo, tal como el centro de la potencia de
trayectorias. El valor representativo es introducido por la unidad
de funciones de ponderación en el filtro de bucles, que suaviza las
fluctuaciones instantáneas de las posiciones de trayectoria para
producir una señal de control de reloj. La señal de control de reloj
es alimentada al controlador de reloj, que controla que se
suministre una señal de reloj al generador de códigos de ensanchado.
El generador de códigos de ensanchado es alimentado a un filtro de
concordancias a fin de formar una sincronización de
temporización.
El documento EP 0989685 está dirigido a un
receptor RAKE, en el que se mide un perfil de retardos que indica
una distribución de potencias de señal. Se estima un valor de
potencia de las ondas de interferencia en base al perfil de retardos
medido. Los datos válidos se extraen del perfil de retardos en base
al valor de potencia estimado de las ondas de interferencia. Se
detecta una pluralidad de posiciones de picos en correlación a
partir de los datos válidos extraídos. La atribución de trayectorias
al circuito de recepción RAKE se determina en base a las posiciones
de picos en correlación.
La presente invención está dirigida a un sistema
y un método robustos estimadores de retardos. En algunas
realizaciones, el sistema y el método estimadores de retardos
incluyen una memoria intermedia del PDP medio (APB) que sirve como
una fuente de información fiable de control para otras etapas del
estimador de retardos. La salida del PDP desde cada buscador de
trayectorias y cada pasada de los cursores de sintonización se
acumula en la memoria intermedia del PDP medio, que mantiene las
estimaciones del PDP medio para todo el intervalo permisible de
ensanchado de retardos. El PDP actual (es decir, instantáneo) se
añade entonces al PDP medio, por ejemplo, usando un método de
promediado exponencial. La memoria intermedia del PDP medio almacena
la estimación del PDP medio, así como la temporización y otros tipos
de información con relación a las estimaciones. La información en el
PDP medio proporciona la información necesaria para, y se usa para
controlar el funcionamiento de, todas las subetapas individuales del
procedimiento de estimación de retardos.
En general, en un primer aspecto, la invención
está relacionada con un estimador de retardos de multitrayectoria
para uso en un sistema de comunicación móvil con base de espectro
ensanchado. El estimador de retardos de multitrayectoria comprende
un módulo buscador de trayectorias capaz de obtener estimaciones de
canal para un canal en cada uno de una pluralidad de retardos. El
módulo buscador de trayectorias está configurado para compilar un
perfil de retardos actual para el canal, basándose en las
estimaciones de canal. El estimador de retardos de multitrayectoria
comprende además un módulo de promediado conectado al módulo
buscador de trayectorias. El módulo de promediado está configurado
para calcular un perfil de retardos medio para el canal usando el
perfil de retardos actual y uno o más perfiles previos de retardos.
El estimador de retardos de multitrayectoria comprende además una
memoria intermedia de perfiles de retardos conectada al módulo de
promediado y adaptada para almacenar información con relación al
perfil de retardos actual y al perfil de retardos medio. Un módulo
detector de picos está conectado a la memoria intermedia de perfiles
de retardos y está configurado para detectar picos en el perfil de
retardos medio y para seguir los picos con el paso del tiempo.
En general, en otro aspecto, la invención está
relacionada con un método para estimar retardos de multitrayectoria
para un canal en un sistema de comunicación móvil con base de
espectro ensanchado. El método comprende las operaciones de definir
un conjunto de retardos de desensanchado disponibles para el canal,
iniciar una búsqueda de trayectorias de canal, usando los retardos
para obtener estimaciones de canal para el canal en cada retardo y
compilar un perfil de retardos actual para el canal, basándose en
las estimaciones de canal. El método comprende además calcular un
perfil de retardos medio para el canal, usando el perfil de retardos
actual y uno o más perfiles previos de retardos. Los picos en el
perfil de retardos medio se detectan entonces y se siguen con el
paso del tiempo.
Se debe destacar que las expresiones
comprende/que comprende, cuando se usa en esta memoria descriptiva,
se toman para especificar la presencia de propiedades, enteros,
operaciones o componentes indicados, pero no excluye la presencia o
adición de una o más propiedades, enteros, operaciones o componentes
distintos, o grupos de los mismos.
Se puede tener una comprensión más detallada del
método y el sistema de la presente invención con referencia a la
siguiente descripción detallada, cuando se toma en unión con los
dibujos, en los que:
la figura 1 ilustra diversas trayectorias
aclarativas de propagación de multitrayectoria;
la figura 2 ilustra un perfil de retardos de
potencia y una respuesta de impulso de canal aclarativos para un
canal dado;
la figura 3 ilustra un sistema de estimación de
retardos de multitrayectoria de la técnica anterior;
la figura 4 ilustra un sistema de estimación de
retardos de multitrayectoria, según realizaciones de la invención;
y
la figura 5 ilustra un método de estimación de
retardos de multitrayectoria, según realizaciones de la
invención.
Lo que sigue es una descripción detallada de los
dibujos, en los que se llevan hacia delante los números de
referencia para los mismos elementos o similares. Por economía de la
descripción, la invención se describirá con respeto a un perfil de
retardos de potencia (PDP). Se debe hacer notar, sin embargo, que la
invención es igualmente aplicable tanto al PDP como a perfiles de
retardos complejos (CDP).
Las realizaciones de la invención proporcionan
un método y un sistema robustos para estimar retardos de
multitrayectoria en un sistema de comunicación móvil. En algunas
realizaciones, la estimación del PDP desde cada pasada del buscador
de trayectorias y de los cursores de sintonización se añade a una
estimación del PDP medio acumulada a partir de las pasadas previas.
Se usa una memoria intermedia para almacenar la estimación del PDP
medio, así como la temporización y otros tipos de información con
relación a las estimaciones, incluyendo la temporización de la
actualización previa para cada valor de retardo en la ventana de
búsqueda. La memoria intermedia del PDP medio, sirve después de ello
como una fuente fiable de información de control para las otras
etapas de la función de estimación de retardos, incluyendo la
detección de picos, la activación de los cursores de sintonización,
la activación del buscador de trayectorias y el posicionamiento de
la ventana de búsqueda. Tal disposición facilita el seguimiento a
largo plazo de los componentes de multitrayectoria, incluso a través
del desvanecimiento temporal de las señales de multitrayectoria,
permitiendo por ello unas estimaciones más precisas de interferencia
y potencia.
Haciendo referencia ahora a la figura 4, se
ilustra un sistema aclarativo de estimación de retardos según
algunas realizaciones de la invención, usando diagramas de bloques
funcionales. El sistema 400 de estimación de retardos incluye un
módulo 402 buscador de trayectorias, un módulo 404 de cursores de
sintonización y una memoria intermedia 406 del PDP medio. La memoria
intermedia del PDP medio contiene una estimación del PDP de dónde
son discernibles las verdaderas posiciones de trayectoria, incluso
cuando una trayectoria se desvanece temporalmente debido a, por
ejemplo, un pequeño movimiento de la unidad receptora o cambios en
el entorno circundante. La tarea del módulo 402 buscador de
trayectorias es descubrir nueva actividad no reflejada actualmente
en la memoria intermedia del PDP medio, y la tarea del módulo 404 de
cursores de sintonización es proporcionar actualizaciones de las
estimaciones del PDP para las regiones en las que existen
trayectorias actualmente detectadas, basándose en las búsquedas
anteriores del módulo buscador de trayectorias. La memoria
intermedia 406 del PDP medio se usa entonces para proporcionar
varias funciones de soporte lógico a fin de realizar las
estimaciones de retardos de
multitrayectoria.
multitrayectoria.
Una de estas funciones de soporte de estimación
de retardos implica dar a conocer las estimaciones de retardos a la
unidad receptora RAKE (no expresamente mostrada). En algunas
realizaciones, el dar a conocer la estimación de retardos se realiza
directamente desde la memoria intermedia del PDP medio, usando un
módulo 408 de detección de picos para detectar los picos en el PDP
medio almacenados en la memoria intermedia del PDP medio. Los picos
detectados se dan a conocer entonces como áreas en las que existe un
componente de multitrayectoria. El módulo 408 de detección de picos
usa también la memoria intermedia del PDP medio para proporcionar el
seguimiento o la exploración de trayectorias de una trayectoria
particular hasta una posición específica de pico en la lista de
picos dada a conocer.
Otra función de soporte de estimación de
retardos implica la colocación o el posicionamiento de la ventana
del buscador de trayectorias en el tiempo. En algunas realizaciones,
la colocación de la ventana del buscador de trayectorias está
controlada por un módulo 410 de cálculo de centros de gravedad,
usando la información almacenada en la memoria intermedia del PDP
medio. Más específicamente, el módulo 410 de cálculo de centros de
gravedad computariza el centro de gravedad COG (véase la Ecuación
(3) que sigue) del PDP medio almacenado en la memoria intermedia del
PDP medio. Este centro de gravedad se puede usar entonces para
controlar la colocación de la ventana del buscador de trayectorias.
Por ejemplo, la ventana del buscador de trayectorias se puede
ajustar hacia delante o hacia atrás en el tiempo, a fin de mantener
el centro de gravedad del PDP medio cerca del centro de la ventana
del buscador de trayectorias. Tal disposición proporciona a la
ventana del buscador de trayectorias la máxima probabilidad de
capturar todos los componentes significativos de
multitrayectoria.
Aunque la realización ilustrativa anterior
emplea cálculos del centro de gravedad, los algoritmos particulares
de la colocación de la ventana usados no son críticos para la puesta
en práctica de la invención. Otros algoritmos que se basan en, por
ejemplo, la energía capturada a partir del PDP se pueden usar
también sin salirse del alcance de la invención.
Aún otra función de soporte de estimación de
retardos implica la colocación o el posicionamiento de la ventana de
cursores de sintonización en el tiempo. En algunas realizaciones, la
colocación de la ventana de cursores de sintonización está
controlada por el módulo 408 de detección de picos, basándose en los
picos detectados en el PDP medio, almacenado en la memoria
intermedia del PDP medio. Como se dijo previamente, la ventana de
cursores de sintonización se puede usar para rectificar en las
regiones de la estimación del PDP, en la que parece que existe un
componente de multitrayectoria. Más específicamente, ciertos picos
que se detectan basándose en el PDP medio se asignan a uno de los
varios cursores de sintonización en el receptor RAKE. El cursor de
sintonización inicia después de ello una búsqueda de trayectorias de
alta resolución en la región a fin de estimar con más precisión el
PDP en esa región.
Aún otra función de soporte de estimación de
retardos implica la activación o iniciación no programada del
buscador de trayectorias. Se inicia una búsqueda no programada de
trayectorias cuando se presenta un cierto suceso o sucesos umbral, y
la estimación del PDP tiene que ser actualizada con las estimaciones
de retardo más recientes. Por ejemplo, la estimación del PDP puede
que tenga que ser actualizada, si se presenta una reducción súbita y
rápida en la correlación PDP instantáneo a PDP medio por debajo de
un cierto umbral. En algunas realizaciones, se consigue la detección
del suceso umbral por un módulo 412 activador de correlaciones,
usando el PDP medio almacenado en la memoria intermedia del PDP
medio. El módulo 412 activador de correlaciones realiza una
correlación entre la estimación del PDP actual (es decir,
instantáneo) y el PDP medio para determinar si hay algún cambio
súbito en el entorno de multitrayectoria. Si el módulo 412 activador
de correlaciones detecta un suceso umbral, envía una señal al módulo
402 buscador de trayectorias para iniciar una búsqueda de
trayectorias, con el fin de actualizar la estimación del PDP. Tal
esquema de activación de la búsqueda no programada de trayectorias
permite que se reduzca la frecuencia de las búsquedas regularmente
programadas de trayectorias, sin degradar la precisión de las
estimaciones
del PDP.
del PDP.
Un módulo de promediado 414 realiza la tarea de
añadir la estimación del PDP actual al PDP medio. En algunas
realizaciones, el módulo de promediado 414 usa una función de
promediado ponderado o exponencial para añadir la estimación del PDP
actual al PDP medio. Tal media exponencial tiene una ventaja, ya que
las estimaciones del PDP más recientes se proporcionan con más peso
en el PDP medio a fin de reflejar el presente entorno de
multitrayectoria, mientras se mantiene la memoria de las señales de
multitrayectoria temporalmente desvanecidas. En algunas
realizaciones, el PDP medio incluye las estimaciones para todo el
intervalo permisible de ensanchado de retardos. Además, en algunas
realizaciones, la constante de promediado se puede ajustar para
concordar con el régimen de variación de canal. La constante de
promediado, como se describirá en lo que sigue, controla el régimen
al que se retira el efecto de los datos históricos a partir de la
estimación del PDP medio. Se explica ahora el funcionamiento del
módulo de promediado 414.
Sea la estimación del PDP actual para un retardo
k en una ranura l de a^{(l)}_{k}. La ranura l puede ser un
intervalo de transmisión, tal como la ranura de control de potencia
en WCDMA. El PDP instantáneo a^{(l)}_{k} se puede computarizar,
por ejemplo, poniendo los símbolos piloto recibidos en correlación
con la secuencia relevante de ensanchado, que se retarda k
unidades de retardo. La correlación puede emplear, por ejemplo, una
acumulación coherente y/o no coherente sobre varios símbolos o
ranuras pilotos. Este método para estimar el PDP es bien conocido en
la técnica y no se describirá aquí.
Sea la estimación del PDP medio para un retardo
k en la ranura l de g^{(l)}_{k}, y supongamos que la
última actualización de este retardo se presentó en la ranura
L_{k}. El PDP medio se puede actualizar con la estimación del PDP
actual (es decir, instantáneo) según la siguiente ecuación:
(1)g^{(l)}_{k}
= \phi^{l-L_{k}} * g^{(l-1)}_{k} +
(1 - \phi^{l-L_{k}}) *
a^{(l)}_{k}
donde \phi representa la
constante de promediado. En algunas realizaciones, como se dijo
anteriormente, la constante \phi de promediado puede ser una
constante temporal exponencial de N_{d} ranuras, donde N_{d} se
debería establecer suficientemente larga para incorporar varios
ciclos de desvanecimiento. Nótese, sin embargo, que valores más
cortos de N_{d} proporcionan un tiempo de respuesta más rápido
cuando se presentan cambios súbitos de canal. Idealmente, una
estimación Doppler, que describe el régimen de variación de canal,
se puede usar para ajustar N_{d} a fin de adecuarse al canal. En
cualquier caso, la ecuación para \phi se puede expresar
como:
(2)\phi =
e^{\tfrac{1}{N_{d}}}
Cuando no está disponible ninguna estimación PDP
instantánea a^{(l)}_{k} para un retardo k, entonces, el PDP
medio se puede expresar por la Ecuación (1) como g^{(l)}_{k} =
g^{(l-1)}_{k}. Por otro lado, si a^{(l)}_{k}
existe, pero g^{(l)}_{k} no ha sido aún inicializado, entonces,
el PDP medio se pueden expresar como g^{(l)}_{k} = a^{(l)}_{k}.
Nótese que, en una realización preferida, la información
g^{(l)}_{k} del PDP medio se mantiene por todo el intervalo de
posibles retardos de trayectoria. En una realización alternativa, la
información g^{(l)}_{k} del PDP medio se mantiene sólo para las
regiones del PDP en las que haya trayectorias actualmente
presentes.
El PDP medio se puede usar después de ello como
una fuente de estimación del PDP para las otras funciones de soporte
de estimación de retardos. Por ejemplo, en algunas realizaciones, el
módulo 410 de cálculo de centros de gravedad puede determinar la
colocación de la ventana del buscador de trayectorias, basándose en
el PDP medio, g^{(l)}_{k}, como sigue:
COG^{(l)} =
\frac{\sum\limits_{j}
j-T^{(l)}_{j}}{\sum\limits_{j}T^{(l)}_{j}}
donde j representa un chip,
T^{(l)}_{k} es un PDP de umbral predefinido (definido en lo que
sigue), y el centro de gravedad se proporciona en términos de chips.
Además, para cada chip j, la posición de retardo del valor
del PDP máximo dentro del chip se determina como
sigue:
m(j) = argmax g^{(l)}_{j},
j \epsilon [n_{0}j...n_{0}j+n_{0} -1]^{j}{}\hskip1.8cm
donde n_{o} es el régimen de
sobremuestreo. Por lo tanto, para la determinación de la colocación
de ventanas, sólo se incluye un chip en el cálculo del centro de
gravedad. A partir de la Ecuación (4) T^{(l)}_{k} se puede
expresar como
sigue:
donde \beta_{1} y \beta_{2} son
valores umbral dependientes del sistema (quizás elegidos de modo
heurístico, por ejemplo, \beta_{1} = 0,1 y \beta_{2} = 2), e
I_{o} indica la potencia de interferencia media estimada. El
término I_{o} se puede computarizar, por ejemplo, usando las
estimaciones de interferencia proporcionadas por los cursores RAKE.
La determinación de un umbral reduce el efecto de carga desde las
entradas inducidas por interferencia en el PDP medio, g^{(l)}_{k}.
Así, para la determinación de la colocación de ventanas, el retardo
para el chip j se incluye sólo en el cálculo del centro de
gravedad, si su valor de PDP es suficientemente grande (por ejemplo,
al menos 0,1*x) comparado con el valor del PDP máximo sobre todo el
PDP, y es significativamente mayor que el nivel mínimo de ruido
inducido por
interferencia.
Proporcionado el centro de gravedad calculado,
la ventana de búsqueda de trayectorias se puede colocar de manera
que la mayoría de la potencia de canal sea capturada por la ventana.
Por ejemplo, la ventana se puede colocar de manera que 1/3 de la
longitud de la misma esté antes del valor del centro de gravedad.
Para detectar actividad en el exterior de la región nominal de
búsqueda, la ventana de búsqueda de trayectorias se puede colocar
periódicamente en el exterior de los límites sugeridos por el centro
de gravedad.
En algunas realizaciones, el PDP medio puede ser
usado también por el módulo 408 de detección de picos para
identificar la existencia de los componentes de multitrayectoria.
Debido a que la memoria intermedia del PDP medio se promedia,
preferiblemente, con una escala temporal más lenta que el régimen de
desvanecimiento, pero mucho más rápida que el movimiento de las
trayectorias físicas (variación de retardos), los contenidos de la
memoria intermedia del PDP medio se pueden usar para estimar los
retardos de trayectoria individuales. Por ejemplo, se puede estimar
un retardo de trayectoria deseado como la posición del máximo PDP
medio. Así, para cada retardo de trayectoria deseado t^{(l)}_{n}
en la ranura l, g^{(l)}_{k} es detectada en picos, y la
posición del pico se puede expresar como sigue:
t^{(l)}_{n} = arg \ máx \
g^{(l)}_{k}{}\hskip8.3cm^{k}{}\hskip7cm
(6)
En algunas realizaciones, se impone una
condición de umbral (véase la figura 2), por ejemplo, lo que
requiere que g^{(l)}_{t_{n}^{(l)}}>\beta
g^{(l)}_{t_{1}^{(l)}} (donde el valor de umbral, \beta, se puede
determinar de modo heurístico). El requerir que la potencia desde la
trayectoria n dada a conocer en la ranura l sea al
menos igual a una cierta fracción de la potencia de la primera
trayectoria puede reducir las contribuciones desde los lóbulos
laterales de irradiación en forma de ruido y/o pulso. Una región
alrededor de t^{(l)}_{n}, correspondiente a una mínima restricción
de espaciamiento entre trayectorias, por ejemplo, un chip, se
excluye entonces de operaciones adicionales de detección de picos
estableciendo g^{(l)}_{k} = 0 para k = t^{(l)} _{n} -
M/2...t^{(l)}_{n} + M/2. Entonces, el ciclo de detección de picos
usando la Ecuación (6) se repite hasta que se ha dado a conocer el
N_{r} requerido de retardos t^{(l)}_{n} (es decir, n = 1 ...
N_{r}). Añadiendo un sencillo algoritmo de contabilidad, mediante
el que se da a conocer un retardo particular en una posición
consistente en la lista de retardos, este método de ordenación
consigue automáticamente la tarea de seguimiento, ya que, para las
trayectorias verdaderas, los picos se mantienen presentes en la
memoria intermedia del PDP medio durante un tiempo prolongado.
En algunas realizaciones, el PDP medio puede ser
usado también por el módulo 408 de detección de picos para colocar
los cursores de sintonización. Por ejemplo, represente N_{f} el
número de cursores de sintonización. Entonces, dos tipos de
información se usan para colocar los N_{f} cursores de
sintonización en la ranura l. Primero, los retardos
t^{(l-1)}_{n}, donde n = 1 ... N_{r}, dados a
conocer en la ranura (l-1), se eligen como
puntos centrales de ventana. Se mantiene una memoria intermedia
temporal de posiciones del PDP permisible \upsilon_{k}, donde
inicialmente \upsilon_{k} = g^{(l)}_{k}. En el momento en que se
asigne una ventana del cursor de sintonización de anchura M,
la región circundante se borra: (\upsilon_{k} = 0) para k =
t^{(l)}_{n} - M/2...t^{(l)}_{n} + M/2. Esta operación asegura que
las regiones que se supone que tienen buenas propiedades se
actualizan apropiadamente en g^{(l)}_{k} = 0 y se consideran para
dar a conocer en la ranura actual, y que no se coloca ningún cursor
de solapamiento muy próximo.
Los cursores de sintonización
N_{f}-N_{r} restantes se colocan entonces en
posiciones determinadas por los datos del PDP medio. Para cada
cursor, \upsilon_{k} es detectado en picos y se centra una ventana
de cursores de sintonización en la posición del pico. De nuevo, la
región circundante en \upsilon_{k} se borra para evitar solapes,
cuando se computarizan las estimaciones del PDP en las ventanas de
cursores de sintonización. Esta parte del procedimiento proporciona
un mecanismo para volver a capturar trayectorias que se han
desvanecido, pero que no han desaparecido del PDP
medio.
medio.
En algunas realizaciones, el PDP medio puede ser
usado también por el módulo 412 activador de correlaciones para
detectar los sucesos umbral. La detección de los sucesos umbral se
puede usar entonces para iniciar una búsqueda no programada de
trayectorias a fin de actualizar la estimación del PDP. Esta
detección se puede hacer realizando una correlación entre la
estimación del PDP actual y el PDP medio, como sigue. Indicar el
conjunto completo de posiciones de retardo cubiertas por el cursor
de sintonización en la ranura l por D_{l}. Los N_{f}
cursores de temporización, cada uno con una longitud M de
ventana (es decir, M unidades de retardo, véase la figura 2),
produce entonces una estimación del PDP instantáneo, b^{(l)}_{k}.
El resultado es un total de M * N_{f} valores de retardo en
el conjunto D_{l}, es decir, k \epsilon D_{l}. La
concordancia entre la estimación del PDP instantáneo y el PDP medio
se puede evaluar entonces computarizando el producto de
correlación:
(7)c_{l} =
\prod \limits_{k \epsilon D_{l}} b^{(l)}_{k} \cdot
g^{(l)}_{k}
A veces, se presenta un suceso umbral, tal como
una reducción rápida en el producto de correlación, de manera
que
(8)\frac{c_{l}}{c_{l-1}}
<\gamma
donde \gamma es otro parámetro
umbral dependiente del sistema (que se puede encontrar de modo
heurístico). En ese caso, la concordancia entre la información
promediada e instantánea se está degradando, muy probablemente
debido al cambio en la verdadera estructura real de trayectorias
físicas. Cuando esto sucede, se puede programar una pasada de
búsqueda de trayectorias para actualizar un intervalo de retardos
más amplio en el PDP
medio.
Otro suceso que puede activar una búsqueda no
programada de trayectorias es cuando hay caídas súbitas en las
magnitudes individuales de trayectorias promediadas. Tales caídas en
las magnitudes de trayectorias promediadas se pueden detectar
comparando entre sí los valores de las magnitudes de trayectoria
individuales, separados por un intervalo predeterminado de tiempo.
El intervalo de tiempo es, preferiblemente, uno que exceda
ligeramente la constante temporal de filtrado del PDP medio.
La figura 5 ilustra un método 500 aclarativo de
estimación de retardos, según algunas realizaciones de la invención.
Tal método 500 se puede implementar como software, hardware, o una
combinación de ambos. En la operación 502, se inicia una búsqueda de
trayectorias para un conjunto predefinido de retardos en una ventana
de búsqueda. Una estimación del PDP actual se obtiene en la
operación 504. En la operación 506, la estimación del PDP actual se
añade al PDP medio. En algunas realizaciones, la estimación del PDP
actual se puede añadir al PDP medio usando una función de promediado
exponencial. En la operación 508, se seleccionan diferentes opciones
de programación y activación. Las diferentes opciones de
programación y activación se pueden seleccionar automáticamente,
basándose en la aparición de algunos sucesos predefinidos, o se
pueden seleccionar según alguna programación regular. En algunas
realizaciones, la opción seleccionada implica la detección de picos
en el PDP medio y el seguimiento de los mismos en la operación 510.
Los picos detectados se dan a conocer entonces como retardos
estimados (por ejemplo, a un receptor RAKE) en la operación 512. El
método vuelve entonces a la operación de selección de programación y
activación, en la operación 508.
En algunas realizaciones, la determinación de la
colocación de la ventana de búsqueda se selecciona en la operación
514. La determinación de la colocación de la ventana de búsqueda se
puede hacer usando, por ejemplo, el cálculo del centro de gravedad o
alguna otra técnica, basándose en el PDP medio en la operación 514.
La colocación de la ventana de búsqueda se puede usar entonces para
ajustar la ventana de búsqueda de trayectorias en la operación 516.
El método vuelve entonces a la operación 502 para iniciar otra
pasada de búsqueda de trayectorias.
\newpage
En algunas realizaciones, la operación de
programación y activación 508 da como resultado que el PDP medio se
use con la estimación del PDP actual para determinar una correlación
entre ellos en la operación 518. Se realiza entonces una
determinación en la operación 520, como si el resultado de la
correlación estuviera por debajo de un umbral de correlación
predefinido. Si no, el método vuelve entonces a la operación 502
para iniciar otra pasada de búsqueda de trayectorias. Si sí, se
inicia una búsqueda no programada de trayectorias para actualizar la
estimación del PDP. El método vuelve entonces a la operación 502
para iniciar otra pasada del buscador de trayectorias regularmente
programadas.
En algunas realizaciones, la operación de
programación y activación 508 da como resultado el rendimiento de
una estimación de alta resolución para el PDP medio en la operación
524. La estimación del PDP de alta resolución se puede usar entonces
para ajustar una o más ventanas de cursores de sintonización en la
operación 526. El método vuelve entonces a la operación 506 para
añadir la estimación del PDP de alta resolución a la estimación del
PDP medio.
Como se ha demostrado gracias a la descripción
anterior, las realizaciones de la presente invención proporcionan un
sistema sencillo y robusto y un método para estimar retardos de
multitrayectoria. Las ventajas de la invención incluyen el
seguimiento a largo plazo de trayectorias a través del
desvanecimiento, permitiendo una estimación más precisa de
interferencia y potencia para cada cursor RAKE. Además, las
trayectorias se vuelven a descubrir automáticamente mientras vuelven
de unos desvanecimientos profundos, sin requerir una ejecución de
búsqueda de trayectorias para detectarlas. Además, en una operación
de régimen estable, se reduce significativamente la sensibilidad a
los errores de colocación de la ventana de búsqueda de
trayectorias.
La constante deseada temporal de promediado se
puede mantener, incluso cuando los intervalos de actualización para
las ejecuciones de búsqueda de trayectorias y de cursores de
sintonización no sean perfectamente regulares. Tal irregularidad se
puede deber, por ejemplo, al hardware o a otras limitaciones de
recursos. En tal contingencia, la constante temporal de promediado
se puede mantener ajustando el término l-L_{k} en
la Ecuación (1), proporcionando por ello flexibilidad adicional en
la activación del hardware y en el procesamiento DSP en tiempo real.
Tal constante ajustable temporal de promediado permite también una
adaptación rápida para condiciones cambiantes de canal (el cambio de
Doppler, la aparición de nuevas trayectorias), mientras se mantiene
el promediado.
Además, se pueden detectar cambios en la
estructura de canal, incluso cuando las posiciones de la ventana de
cursores de sintonización cambian de un ciclo al siguiente. De modo
más importante, las ventajas anteriores no requieren varios
algoritmos avanzados de procesamiento de señales unidos a las
diversas funciones de soporte de estimación de retardos, pero se
pueden realizar a través de una única operación de promediado en el
núcleo de la arquitectura de la estimación de retardos.
Aunque se han descrito en esta memoria un número
limitado de realizaciones, los expertos medios en la técnica
reconocerán que se pueden obtener variaciones y modificaciones a
partir de las realizaciones descritas sin salirse del alcance de la
invención. Por ejemplo, aunque se han descrito realizaciones de la
invención con respeto a la estimación del PDP, la invención no se ha
de limitar a la misma y se puede aplicar ciertamente a la estimación
del CDP. Además, la constante temporal de promediado se puede
controlar por la información obtenida internamente en el sistema de
estimación de retardos o por señales externas, y puede ser la misma
o diferente para diferentes retardos. Además, la memoria intermedia
del PDP medio se puede mantener en resolución subchip o chip
dependiendo del compromiso de necesidad/rendimiento de la memoria
del sistema. Se puede usar cualquier número de técnicas de
resolución de trayectorias, técnicas de detección de picos, técnicas
de sustracción sucesiva o técnicas de filtrado en peine conocidas
para los expertos medios en la técnica. Además, la colocación de la
ventana de búsqueda de trayectorias se puede basar en el centro de
gravedad, así como en el retardo medio o en el retardo de magnitud
máxima, en la captura de energía en el PDP y otros parámetros.
Finalmente, la búsqueda de trayectorias y la activación de los
cursores de sintonización se puede basar en una programación fija,
una detección de sucesos interna al sistema de estimación de
retardos, o ser activada por señales externas. En consecuencia, las
reivindicaciones adjuntas están destinadas a cubrir la totalidad de
tales variaciones y modificaciones, en la medida que caen dentro del
alcance de la invención.
Claims (17)
1. Un método (500) para estimar retardos de
multitrayectoria para un canal en un sistema de comunicación móvil
con base de espectro ensanchado, comprendiendo el método:
definir un conjunto de retardos de desensanchado
disponibles para el canal;
iniciar (502) una búsqueda de trayectorias del
canal usando los retardos para obtener estimaciones de canal para el
canal en cada retardo;
compilar (504) un perfil de retardos actual para
el canal, basándose en las estimaciones de canal;
calcular (506) un perfil de retardos medio para
el canal, usando el perfil de retardos actual y uno o más perfiles
previos de retardos; y
detectar (510) picos en el perfil de retardos
medio y seguir (510) los picos detectados con el paso del
tiempo;
estando caracterizado además el método
por
detectar (518, 520) un suceso umbral, basándose
en el perfil de retardos medio y el perfil de retardos actual; y
repetir (522) la operación de iniciación
sensible a la operación de detectar (518, 520) el suceso umbral.
2. El método (500) según la reivindicación 1,
que comprende además almacenar información con relación al perfil de
retardos actual y el perfil de retardos de potencia medio en una
memoria intermedia.
3. El método (500) según la reivindicación 1, en
el que la operación de detectar (518, 520) comprende poner en
correlación (520) el perfil de retardos actual con el perfil de
retardos medio, y la operación de repetir (522) se realiza basándose
en un resultado de la correlación.
4. El método (500) según la reivindicación 1,
que comprende además calcular el centro de gravedad para el perfil
de retardos medio y ajustar una posición del conjunto de retardos en
el tiempo, basándose en un resultado del cálculo del centro de
gravedad.
5. El método (500) según la reivindicación 1,
que comprende además iniciar una búsqueda de colocación de los
cursores de sintonización en un subconjunto de los retardos,
basándose en los picos detectados.
6. El método (500) según la reivindicación 1, en
el que la operación de calcular (506) un perfil de retardos medio
incluye calcular una media exponencial para el perfil de
retardos.
7. El método (500) según la reivindicación 1, en
el que el perfil de retardos es un perfil de retardos de
potencia.
8. El método (500) según la reivindicación 1, en
el que el perfil de retardos es un perfil de retardos complejo.
9. Un estimador (400) de retardos de
multitrayectoria para uso en un sistema de comunicación móvil con
base de espectro ensanchado, comprendiendo el estimador (400) de
retardos de multitrayectoria:
un módulo (402) buscador de trayectorias capaz
de obtener estimaciones de canal para un canal en cada uno de una
pluralidad de retardos, estando configurado el módulo (402) buscador
de trayectorias para compilar un perfil de retardos actual para el
canal, basándose en las estimaciones de canal;
un módulo de promediado (414) conectado al
módulo (402) buscador de trayectorias, estando configurado el módulo
de promediado (414) para calcular un perfil de retardos medio para
el canal usando el perfil de retardos actual y uno o más perfiles
previos de retardos;
una memoria intermedia (406) de perfiles de
retardos conectada al módulo de promediado (414) y adaptada para
almacenar información con relación al perfil de retardos actual y al
perfil de retardos medio;
estando caracterizado además el estimador
de retardos de multitrayectoria por
un módulo (412) activador de correlaciones,
conectado a la memoria intermedia (406) de perfiles de retardos y
adaptado para detectar un suceso umbral, basándose en el perfil de
retardos medio y el perfil de retardos actual, y activar el módulo
(402) buscador de trayectorias sensible a la detección del suceso
umbral; y
un módulo (408) detector de picos, conectado a
la memoria intermedia de perfiles de retardos, estando configurado
el módulo detector de picos para detectar picos en el perfil de
retardos medio y para seguir los picos detectados con el paso del
tiempo.
10. El estimador (400) de retardos de
multitrayectoria según la reivindicación 9, que comprende además un
módulo (410) de centros de gravedad, conectado a la memoria
intermedia (406) de perfiles de retardos y configurado para calcular
el centro de gravedad para el perfil de retardos medio y para
ajustar una posición del conjunto de retardos, en el tiempo,
basándose en un resultado del cálculo del centro de gravedad.
11. El estimador (400) de retardos de
multitrayectoria según la reivindicación 9, en el que el módulo de
correlación (412) está adaptado además para poner el perfil de
retardos actual en correlación con el perfil de retardos medio, y
para iniciar una búsqueda de trayectorias, basándose en un resultado
de la correlación.
12. El estimador (400) de retardos de
multitrayectoria según la reivindicación 11, que comprende además un
módulo (404) de cursores de sintonización configurado para iniciar
una búsqueda de colocación de los cursores de sintonización en un
subconjunto de los retardos, basándose en los picos detectados.
13. El estimador (400) de retardos de
multitrayectoria según la reivindicación 9, en el que el módulo de
promediado (414) está configurado para calcular un perfil de
retardos exponencialmente promediado.
14. El estimador (400) de retardos de
multitrayectoria según la reivindicación 9, en el que el perfil de
retardos es un perfil de retardos de potencia.
15. El estimador (400) de retardos de
multitrayectoria según la reivindicación 9, en el que el perfil de
retardos es un perfil de retardos complejo.
16. El estimador (400) de retardos de
multitrayectoria según la reivindicación 9, en el que el suceso
umbral es una relación instantánea entre el perfil de retardos
actual y el perfil de retardos medio, que llega a ser menor que un
umbral predeterminado.
17. El método (500) según la reivindicación 1,
en el que el suceso umbral es una relación instantánea entre el
perfil de retardos actual y el perfil de retardos medio, que llega a
ser menor que un umbral predeterminado.
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