ES2282323T3 - Metodo para estimar tasas de errores en receptores que utiliza descodificacion iterativa. - Google Patents
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Abstract
Un método para estimar una tasa de errores para comunicaciones recibidas, comprendiendo el método las operaciones de: descodificar (51) de manera iterativa cada una de una pluralidad de secuencias de símbolos recibidos para proporcionar una pluralidad respectiva de secuencias de datos; proporcionar (53) el número de iteraciones realizadas para proporcionar cada una de la pluralidad de secuencias de datos; y estimar (55) una tasa de errores para las comunicaciones recibidas basándose en el número de iteraciones realizadas para proporcionar cada una de la pluralidad de secuencias de datos, caracterizado porque la operación de estimación comprende la operación de: calcular una media del número de iteraciones realizadas para proporcionar cada una de la pluralidad de secuencias de datos y estimar la tasa de errores usando la media del número de iteraciones realizadas.
Description
Método para estimar tasas de errores en
receptores que utiliza descodificación iterativa.
La presente invención se refiere al campo de las
comunicaciones y, más particularmente, a métodos de estimación de
tasas de errores y a receptores relacionados.
En sistemas de comunicaciones digitales, tales
como un sistema de comunicaciones entre radioteléfonos, la calidad
de servicio puede especificarse en términos de tasa media de errores
de trama (FER) o tasa media de errores de bits (BER) para tramas de
información recibidas. Para mantener una calidad de servicio
deseada, un transmisor (para un terminal móvil o para una estación
de base) puede variar el nivel de potencia de transmisión y/o el
método de codificación de canal/fuente para adaptar, por ejemplo,
una calidad de servicio deseada, variaciones en la carga del
sistema (número de terminales móviles a los que se está dando
servicio), y/o variaciones en las condiciones del canal. Así, puede
calcularse una estimación de la tasa de errores para las
comunicaciones recibidas en un dispositivo receptor, proporcionarse
a un dispositivo transmisor, y usarse para variar la potencia de
transmisión.
La tasa de errores puede ser estimada
promediando un número de bits o de tramas que no superen una
comprobación de redundancia cíclica. Tal solución, sin embargo,
puede proporcionar una velocidad de convergencia relativamente
baja. Si la tasa de errores de trama en funcionamiento es del 1%,
por ejemplo, conseguir una tasa de errores de trama fiable
estadísticamente puede requerir la observación de, al menos, varios
cientos de tramas. Durante este periodo, las condiciones del canal
podrían cambiar de manera significativa, lo que podría hacer difícil
alcanzar la adaptación a la respuesta.
Según las realizaciones de la presente
invención, puede estimarse una tasa de errores para las
comunicaciones recibidas. En particular, cada una de una pluralidad
de secuencias de símbolos recibidos puede ser tratada de manera
iterativa para proporcionar una pluralidad respectiva de secuencias
de datos, y puede proporcionarse un número de iteraciones
realizadas para proporcionar cada una de la pluralidad de secuencias
de datos. Una tasa de errores para las comunicaciones recibidas
puede ser estimada basándose en el número de iteraciones realizadas
para proporcionar cada una de la pluralidad de secuencias de
datos.
Las figuras 1 y 2 son diagramas de bloques que
ilustran realizaciones de receptores y métodos según la presente
invención.
Las figuras 3A-B y
4A-B son gráficos que ilustran correlaciones entre
tasas de errores e iteraciones de procesador, según realizaciones
de la presente invención.
Las figuras 5 y 6 son diagramas de flujo que
ilustran acciones de receptores y métodos según realizaciones de la
presente invención.
La figura 7 ilustra realizaciones de tablas para
consulta según la presente invención.
La figura 8 es una tabla que ilustra las
condiciones de funcionamiento para simulaciones de las figuras
19-22.
Las figuras 9, 10, 17, 18 y 19 ilustran
simulaciones de receptores y métodos según la presente
invención.
Las figuras 11, 12, 13, 14, 15, 16, 20, 21 y 22
ilustran, gráficamente, simulaciones de receptores
convencionales.
La figura 23 es un diagrama de bloques que
ilustra un terminal móvil según la presente invención.
La presente invención será descrita, ahora, de
manera más completa en lo que sigue haciendo referencia a los
dibujos adjuntos, en los que se muestran realizaciones preferidas de
la invención. Esta invención puede, sin embargo, ser realizada de
muchas formas diferentes y no debe interpretarse como limitada a las
realizaciones expuestas en este documento; en cambio, estas
realizaciones se proporcionan de manera que esta descripción será
minuciosa y completa, y transmitirá completamente el ámbito de la
invención a los expertos en la técnica. Los mismos números se
refieren a los mismos elementos en todo el documento.
Como apreciarán los expertos en la técnica, la
presente invención puede ser realizada como métodos o como
dispositivos. Según esto, la presente invención puede tomar la forma
de una realización de hardware, de una realización de software o de
una realización que combine aspectos de software y de hardware. Se
entenderá también que, cuando se menciona que un elemento está
"conectado" o "acoplado" a otro elemento, puede estar
conectado o acoplado directamente al otro elemento o puede haber
presentes elementos intermedios. En contraposición, cuando se
menciona que un elemento está "conectado directamente" o
"acoplado directamente" a otro elemento, no hay elementos
intermedios presentes.
Como se ilustra en el diagrama de bloques de la
figura 1, un receptor de acuerdo con la presente invención puede
incluir una antena 21, un procesador 23 de radio, un procesador 25
iterativo de banda de base, un circuito 27 de detección de errores
y un estimador 29 de errores. El procesador de radio genera valores
de software a una velocidad de transmisión de símbolos para las
comunicaciones que se están recibiendo, y el procesador iterativo
de banda de base descodifica los valores de software usando técnicas
de tratamiento iterativas.
Un segundo ejemplo de un receptor según la
presente invención está ilustrado en la figura 2, en la que el
procesador 25' iterativo de banda de base incluye un primer
procesador 41, un segundo procesador 43, un elemento eliminador de
intercalación 45 y un elemento de intercalación 47. Como en el
receptor de la figura 1, el receptor de la figura 2 incluye,
también, una antena 21, un procesador 23 de radio, un circuito 27 de
detección de errores y un estimador 29 de errores. El procesador
25' de banda de base puede ser, por ejemplo, un descodificador
turbo en el que los procesadores primero y segundo, 41 y 43, pueden
ser descodificadores de MAP primero y segundo, respectivamente. De
manera alternativa, el procesador 25' de banda de base puede ser un
ecualizador turbo en el que el primer procesador 43 es un
ecualizador, y el segundo procesador 45 es un descodificador de
MAP.
El procesador 25 iterativo de banda de base, por
ejemplo, puede ser un descodificador turbo para un código
convolucional concatenado paralelo como es descrito, por ejemplo,
por Claude Berrou et al. en la referencia titulada "Near
Shannon Limit Error-Correcting Coding And Decoding:
Turbo-Codes" ("Codificación y descodificación
de corrección de errores límite de Shannon cercano: códigos
turbo"), IEEE International Conference On Communications,
Conference ICC 93, 23-26 de mayo de 1993, págs.
1.064-1.070. Un algoritmo de descodificación turbo
puede usar módulos de entrada de software, salida de software
(SISO) para tratar códigos de componentes de manera iterativa. Los
procesadores iterativos de banda de base alternativos, por ejemplo,
incluyen descodificadores iterativos para códigos concatenados en
serie (Sergio Benedetto et al., "Serial Concatenation Of
Interleaved Codes; Performance Analysis, Design, and Iterative
Decoding" ("Concatenación en serie de códigos intercalados;
análisis del comportamiento, diseño y descodificación
iterativa"), IEEE Transactions on Information Theory, vol. 44,
núm. 3, mayo de 1998, págs. 900-926); desmodulación
iterativa y algoritmos de descodificación para modulación
diferencial codificada (Krishna R. Narayanan et al., "A
Serial Concatenation Approach To Iterative Demodulation And
Decoding" ("Una solución de concatenación en serie a la
desmodulación y a la descodificación iterativa"), IEEE
Transactions on Communications, vol. 47, núm. 7, julio de 1999,
págs. 956-961); y algoritmos de ecualización y
descodificación iterativos para canales codificados de múltiples
trayectos (Annie Picart et al.,
"Turbo-Detection: A New Approach To Combat
Channel Frequency Selectivity" ("Detección turbo: un nuevo
enfoque para combatir la selectividad de frecuencia de canal"),
Proceedings Of IEEE International Communications Conference 97,
págs. 1.498-1.502, 1997).
Un aspecto común a los procesadores iterativos
de banda de base es que la complejidad funcional media (y el
consumo de energía) puede reducirse significativamente sin degradar
el comportamiento mediante la finalización del tratamiento
iterativo para una trama recibida cuando los datos resultantes
superan la detección/corrección de errores. Un descodificador
turbo, por ejemplo, puede estar diseñado para ejecutar 8 iteraciones
en un cierto punto del funcionamiento. Puede lograrse, sin embargo,
una descodificación exenta de errores para muchas tramas de datos
después de, solamente, 2 o 3 iteraciones del procesador iterativo de
banda de base. Pueden que solamente se necesiten iteraciones
adicionales en raras ocasiones, en las que una trama es recibida con
una cantidad significativa de ruido y el procesador iterativo de
banda de base converge con relativa lentitud.
El documento EP 0.982.874 describe un aparato
que descodifica secuencias de símbolos de manera iterativa, aunque
el método se utiliza para el control de energía en sistemas
inalámbricos vía radio.
De acuerdo con esto, el circuito 27 de detección
de errores puede usarse para detectar que la secuencia de datos
estimados, generada por el procesador 25 iterativo de banda de base,
es correcta, y para abortar el tratamiento iterativo subsiguiente
para una trama de datos recibida si la secuencia de datos estimados
supera la detección de errores (o puede ser corregida) usando
técnicas de detección de errores, tales como la comprobación de
redundancia cíclica. En otras palabras, el tratamiento iterativo de
una secuencia de símbolos puede ser abortado cuando se puede
proporcionar la secuencia de datos correctos (tal como una trama de
datos). Esto puede reducir la complejidad funcional media sin
empeorar el comportamiento. La finalización del tratamiento
iterativo de una secuencia de símbolos tras la detección de una
secuencia de datos estimados correctos está descrita, por ejemplo,
por Rose Y. Shao et al., "Two Simple Stopping Criteria For
Iterative Decoding" ("Dos criterios sencillos de parada para
descodificación iterativa"), Proceedings Of IEEE International
Symposium On Information Theory 98, pág. 279, 16-21
de agosto de 1998; por Joachim Hagenauer et al., patente
estadounidense número 5.761.248 titulada "Method And Arrangement
For Determining An Adaptive Abort Criterion In Iterative Decoding
Of Multi-Dimensionally Coded Information"
("Método y disposición para determinar un criterio adaptable de
aborto en descodificación iterativa de información codificada de
modo multidimensional"), publicada el 2 de junio de 1998; y por
Akira Shibutani et al., "Complexity Reduction Of Turbo
Decoding" ("Reducción de la complejidad de la descodificación
turbo"), Proceedings Of IEEE Vehicular Technology Conference 100,
Otoño, Octubre, 1999, pág. 1.570.
El tratamiento iterativo puede ser abortado, por
ejemplo, usando bits de comprobación de redundancia cíclica (CRC)
que son proporcionados en tramas de datos por muchos sistemas de
comunicaciones. Según este ejemplo, los bits de CRC están
integrados en cada trama de datos, y la suma de comprobación de CRC
puede ser computada al final de cada iteración. El código de CRC
puede, de esa manera, ser usado para indicar cuándo el procesador
iterativo ha generado la secuencia de datos correcta para la trama
de datos y esta indicación puede ser usada para abortar el
tratamiento iterativo subsiguiente de la trama de datos, reduciendo
potencialmente, de ese modo, las acciones iterativas
realizadas.
En el documento de Shibutani A. et al.,
"Reducing average number of turbo decoding iterations"
("Reducción del número medio de iteraciones de descodificación
turbo"), Electronics Letters, IEE, Stevenage, GB, vol. 35, núm.
9, 29 de abril de 1999, págs. 701-702, se describe
una aplicación de CRC.
Al detectar una secuencia de datos correctos, el
circuito 27 de detección de errores proporciona realimentación de
control de iteraciones al procesador 25 iterativo de banda de base,
que le dice al procesador iterativo de banda de base que aborte el
tratamiento iterativo de la secuencia de símbolos, y el circuito 27
de detección de errores envía la secuencia de datos correctos como
bits de información para usar en el dispositivo de comunicaciones.
El circuito de detección de errores envía, también, el número de
iteraciones de tratamiento realizadas para generar la secuencia de
datos correctos al estimador 29 de errores, de manera que el número
de iteraciones de tratamiento realizadas puede ser usado para
calcular una estimación de la tasa de errores de las comunicaciones
recibidas.
Por ejemplo, una media del número de iteraciones
de tratamiento usadas para generar un número predeterminado de
secuencias de datos correctas sucesivas puede ser usada para estimar
la tasa de errores. En particular, el estimador de errores puede
apoyarse en el hallazgo de que un número medio de iteraciones de
tratamiento está, de manera típica, fuertemente correlacionado con
la tasa de errores de trama (FER) en funcionamiento y con la tasa
de errores de bits (BER). Esta correlación está ilustrada en las
figuras 3A-B y 4A-B para receptores
según la presente invención, que incluyen descodificadores turbo de
CDMA de banda ancha (W-CDMA).
Con respecto a las figuras 3A-B,
en ellas se ilustra una correlación entre las tasas de errores de
bits y de tramas en funcionamiento y un número medio de iteraciones
de descodificación, para un receptor de W-CDMA que
incluye un descodificador turbo logarítmico-lineal
para el procesador 25 iterativo de banda de base. Un ejemplo de
descodificador turbo logarítmico-lineal está
descrito, por ejemplo, por Jung-Fu Cheng et
al. en el documento ya referido titulado "Linearly
Approximated Log-Map Algorithms For Turbo
Decoding" ("Algoritmos logarítmicos de MAP aproximados
linealmente para descodificación turbo"), Proceedings of IEEE
Vehicular Technology Conference, primavera de 2000, mayo de 2000,
págs. 2.252-2.256. En la figura 3A, está
representada la tasa de errores de trama (FER) en funcionamiento
para el descodificador turbo logarítmico-lineal en
función del número medio de iteraciones de descodificación por
trama de datos para dos modelos de canal diferentes y tres tamaños
K de trama de datos diferentes (K = número de bits en una trama de
datos). Los dos modelos de canal diferentes son canales de ruido
blanco gaussiano aditivo (AWGN) y de desvanecimiento de Rayleigh
independiente (IFR). En la figura 3B, está representada la tasa de
errores de bits (BER) en funcionamiento para el descodificador
turbo logarítmico-lineal en función del número medio
de iteraciones de descodificación por trama de datos para los dos
modelos de canal diferentes y para tres tamaños de trama
diferentes.
Con respecto a las figuras 4A-B,
en ellas se ilustra una correlación entre tasas de errores en
funcionamiento y un número medio de iteraciones de descodificación
para un receptor de WCDMA que incluye un descodificador turbo de
máximo logaritmo para el procesador 25 iterativo de banda de base.
Un ejemplo de descodificador turbo de máximo logaritmo está
descrito, por ejemplo, por Patrick Robertson et al. en la
referencia titulada "A Comparison Of Optimal And
Sub-Optimal MAP Decoding Algorithms Operating In The
Log Domain" ("Una comparación de los algoritmos de
descodificación de MAP óptimos y menores que óptimos, que funcionan
en el dominio logarítmico"), Proceedings Of IEEE International
Communications Conference 95, junio de 1995, págs.
1.009-1.013. En la figura 4A, está representada la
tasa de errores de trama (FER) en funcionamiento para el
descodificador turbo de máximo logaritmo en función del número
medio de iteraciones de descodificación por trama de datos para dos
modelos diferentes de canal y tres tamaños K diferentes de tramas de
datos (K = número de bits en una trama de datos). Los dos modelos
diferentes de canal son canales de ruido blanco gaussiano aditivo
(AWGN) y de desvanecimiento de Rayleigh independientes (IRF). En la
figura 4B, está representada la tasa de errores de bits (BER) en
funcionamiento para el descodificador turbo de logaritmo máximo en
función del número medio de iteraciones de descodificación por
trama de datos para dos modelos diferentes de canal y tres tamaños
diferentes de tramas.
Aunque se ha descrito más arriba una correlación
de tasas de errores con respecto a números medios de iteraciones de
descodificación con respecto a receptores que incluyen
descodificadores turbo de logaritmo máximo y de logaritmo lineal,
estos descodificadores iterativos han sido descritos a modo de
ejemplo, y se pueden implantar métodos y receptores según la
presente invención usando otros procesadores iterativos de banda de
base y/o técnicas de tratamiento iterativo de banda de base. Para
una ejecución práctica de un procesador iterativo de banda de base
y un tamaño K dado de trama de datos, puede determinarse, por tanto,
una relación fiable entre un número medio de iteraciones de
tratamiento de banda de base y una tasa de errores de bits y/o de
tramas. Además, las figuras 3A-B y
4A-B muestran que la relación entre la tasa de
errores en funcionamiento y el número medio de iteraciones de
descodificación puede no resultar afectada significativamente por la
elección de modelos de canal.
Un ejemplo de las acciones del receptor de la
figura 1 está ilustrado en el diagrama de flujo de la figura 5.
Como se ha descrito más arriba, el receptor trata de manera
iterativa cada una de una pluralidad de secuencias de símbolos
recibidos sucesivamente para proporcionar una pluralidad respectiva
de secuencias de datos (tales como tramas de datos) en el bloque
51. Para cada secuencia de datos proporcionada, se proporciona, en
el bloque 53, un número de iteraciones realizadas para proporcionar
la secuencia de datos, y el número de iteraciones realizadas se usa
para estimar en el bloque 55 una tasa de errores para las
comunicaciones recibidas. Por ejemplo, un número medio de
iteraciones realizadas puede ser calculado usando el número de
iteraciones grabado más recientemente junto con el o los números
previos de iteraciones realizadas para secuencias previas de datos,
y la media puede usarse para estimar la tasa de errores usando
datos, tales como los ofrecidos en las figuras 3A-B
y 4A-B. Las acciones de la figura 5 pueden ser
repetidas para secuencias de señales adicionales recibidas en el
bloque 57 de decisión.
Ejemplos alternativos de acciones del receptor
de la figura 1 están ilustrados en la figura 6. En particular, el
procesador 25 iterativo de banda de base trata de manera iterativa
en el bloque 61 una secuencia de símbolos recibidos para
proporcionar una secuencia de datos estimados al final de cada
iteración. El circuito 27 de detección de errores realiza una
comprobación de errores en la secuencia de datos estimados al final
de cada iteración de tratamiento. Si la secuencia de datos no
supera la comprobación de errores en el bloque 63 de decisión ni se
ha realizado un número máximo de iteraciones de tratamiento sobre la
secuencia de señales recibidas en el bloque 65 de decisión, el
procesador 25 iterativo de banda de base realiza una iteración de
tratamiento subsiguiente en el bloque 61 para proporcionar una
secuencia de datos estimados subsiguiente. El tratamiento iterativo
de la secuencia de señales recibidas es, por tanto, repetido en
respuesta a la realimentación de control de iteraciones hasta que
una secuencia de datos estimados supere una detección de errores en
el bloque 63 de decisión o hasta que se haya realizado el número
máximo de iteraciones de tratamiento según se indica en el bloque
65 de decisión.
Tras completarse el tratamiento iterativo de una
secuencia de símbolos recibidos (identificada como la secuencia
m de señales), un número N_{m} de iteraciones de
tratamiento realizadas para generar la secuencia m final de
datos estimados es grabado en el bloque 67. La secuencia m de
datos estimados puede ser entregada, también, como bits de
información (tal como una trama de datos), como muestra la figura 1.
En el caso de que se alcanzara el bloque 67 cuando se hubiera
realizado el número máximo de iteraciones de tratamiento sin
superar la detección de errores, N_{m} puede ser el número
máximo de iteraciones de tratamiento y la secuencia m final
de datos estimados puede ser enviada como bits de datos.
Alternativamente, N_{m} puede ser ignorado si la secuencia
final de datos estimados no supera la detección de errores, y/o si
la secuencia final de datos estimados puede ser descartada.
El número N_{m} de iteraciones de
tratamiento de la secuencia m más reciente de datos estimados
puede ser usado, entonces, para actualizar un número medio
\overline{\mathit{N}_{m}} de iteraciones de tratamiento realizadas
en el bloque 69. El número medio de iteraciones de tratamiento
realizadas puede ser calculado, por ejemplo, usando técnicas de
promediado, tales como el promediado mediante intervalo deslizante o
el promediado mediante olvido exponencial. Cuando se usa el
promediado mediante intervalo deslizante, el estimador 29 de errores
mantiene una lista de los L últimos números proporcionados
de iteraciones de tratamiento, N_{m},
N_{m-1}, ...,
N_{m-L+1}, y la media actual de iteraciones
de tratamiento puede ser calculada como:
Ecuación
1\overline{N}_{m} = \frac{1}{L}
\sum\limits^{L-1}_{l=0}
N_{m-l}
Cuando se utiliza el promediado mediante olvido
exponencial, el estimador 29 de errores puede combinar el número
\overline{\mathit{N}_{m-1}} previo de promedio de
iteraciones de tratamiento con el número N_{m} actual de
iteraciones de tratamiento usando un factor de olvido exponencial
0<\alpha<1 tal que:
Ecuación
2\overline{N_{m}} = (1 - \alpha) N_{m} +
\overline{\alpha
N_{m-l}}
Al usar el promediado de olvido exponencial no
se requiere, por tanto, una lista de los últimos números
N_{m},
N_{m-1}, ..., N_{m-L+1} informados de iteraciones de tratamiento. Aunque el promediado de intervalo deslizante y el promediado de olvido exponencial están descritos a modo de ejemplo, podrían utilizarse otras técnicas de promediado.
N_{m-1}, ..., N_{m-L+1} informados de iteraciones de tratamiento. Aunque el promediado de intervalo deslizante y el promediado de olvido exponencial están descritos a modo de ejemplo, podrían utilizarse otras técnicas de promediado.
Una tasa de errores de trama (FER) y/o una tasa
de errores de bits (BER) en funcionamiento pueden ser estimadas,
luego, mediante el estimador 29 de errores en el bloque 71 usando el
número \overline{\mathit{N}_{m}} promedio de iteraciones
realizadas. En particular, la FER y/o la BER en funcionamiento
pueden ser estimadas usando el número promedio de iteraciones
realizadas junto con una relación con respecto a la tasa de errores
ilustrada gráficamente, por ejemplo, en las figuras
3A-B y 4A-B. Las relaciones
ilustradas gráficamente en las figuras 3A-B y
4A-B pueden ser almacenadas en la memoria
disponible por el estimador 29 de errores como tablas para consulta
o como relaciones o funciones matemáticas apropiadas. Las
relaciones entre el número medio de iteraciones realizadas y las
tasas de errores pueden depender de la ejecución práctica del
procesador iterativo de banda de base empleado, del número de bits
de la secuencia de datos (es decir, del tamaño K de la trama de
datos), de los modelos de canal usados, y/o de otros factores, y
pueden proporcionarse múltiples relaciones (es decir, tablas para
consulta o funciones matemáticas) para adaptar condiciones
diferentes de funcionamiento. Además, las relaciones entre el número
medio de iteraciones realizadas y la tasa de errores puede
establecerse a lo largo del tiempo y/o ser actualizadas en
línea.
\newpage
La estimación de la tasa de errores puede,
luego, ser transmitida al dispositivo de radio que transmite las
comunicaciones que están siendo recibidas y ser usadas para ajustar
una potencia de transmisión para las comunicaciones que están
siendo recibidas por el receptor de la figura 1. Un aumento de la
tasa de errores en las comunicaciones recibidas por el receptor de
la figura 1 puede indicar la necesidad de transmitir las
comunicaciones desde el otro dispositivo de radio a una potencia
mayor para reducir la tasa de errores en las comunicaciones
recibidas por el receptor de la figura 1. De manera alternativa,
una disminución de la tasa de errores en las comunicaciones
recibidas por el receptor de la figura 1 puede indicar que el otro
dispositivo de radio puede transmitir a una potencia menor. El
receptor de la figura 1 puede, luego, continuar con el tratamiento
iterativo de una secuencia de símbolos recibidos subsiguiente si
hay una secuencia de símbolos recibidos subsiguiente, según se
indica en el bloque 73 de decisión.
Según la presente invención, un número de
iteraciones de tratamiento iterativo de banda de base realizadas
para cada secuencia de símbolos recibida puede ser usado para
estimar la tasa de errores de las comunicaciones recibidas. Las
estimaciones de la tasa de errores pueden, de esa manera, ser
actualizadas para cada trama recibida, y la granularidad de cada
estimación de errores actualizada puede ser mayor que uno. En otras
palabras, el número de iteraciones de tratamiento iterativo de
banda de base realizadas para cada secuencia de símbolos recibidos
puede variar entre 1 y el número máximo permitido de iteraciones de
tratamiento. Además, puede obtenerse una estimación fiable
estadísticamente de la tasa de errores observando un número
relativamente bajo de tramas tratadas.
En un ejemplo de un receptor según la presente
invención, el procesador 25 iterativo de banda de base puede ser un
descodificador de logaritmo máximo con un tamaño de trama de datos
de K = 640 y un número máximo de iteraciones igual a 8 que, para
los propósitos de esta explicación, se presume que esté funcionando,
actualmente, con una tasa de errores de trama (FER) de 0,01. Según
se muestra en la figura 4A, el número medio correspondiente de
iteraciones de descodificación para cada trama de datos es,
aproximadamente, 3. Usando los métodos de estimación de errores
según las realizaciones de la presente invención, pueden usarse
observaciones de tan solo 20 tramas de datos para generar una
estimación fiable de la tasa de errores de trama, dado que el número
de iteraciones de descodificación puede ser observado para cada
trama, sea la trama errónea o no. Este comportamiento puede
obtenerse cuando se proporciona una medición (por ejemplo, un número
de estimaciones) para cada trama, y cada medición tiene una
granularidad de 8 (el número máximo de iteraciones). En
contraposición, los estimadores convencionales de errores pueden
depender de observaciones de errores en bits/tramas reales y pueden
tener que observar del orden de, al menos, varios cientos de tramas
para conseguir una estimación fiable de la tasa de errores de trama
de FER = 0,01.
Los resultados de la simulación serán descritos
haciendo referencia a las figuras 9, 10, 17, 18 y 19 para un
receptor de códigos turbo de W-CDMA, según las
realizaciones de la presente invención, que recibe 10.000 tramas de
datos cuando el procesador iterativo de banda de base es un
descodificador de logaritmo máximo con un tamaño de trama de datos
de K = 640, y que usa promediado de intervalo deslizante. La
relación entre tasa de errores de trama y número medio de
iteraciones de descodificación para este receptor de
W-CDMA está ilustrada en la figura 4A, y la curva
para K = 640 está representada con datos numéricos en la
tabla para consulta de la figura 7. Después de calcular el número
medio de iteraciones de tratamiento usadas para generar una
secuencia de datos correcta, como se ha descrito más arriba con
respecto a la figura 6, y usando promediado de intervalo
deslizante, puede obtenerse una estimación de la tasa de errores de
trama a partir de la tabla para consulta de la figura 7 usando, por
ejemplo, interpolación lineal del número medio real de
iteraciones.
Los resultados de la simulación comparativa se
describirán haciendo referencia a las figuras 11, 12, 13, 14, 15,
16, 20, 21 y 22, para un receptor que usa técnicas convencionales de
estimación de errores. En particular, el receptor convencional
calcula, típicamente, una tasa de errores de trama observando un
número predeterminado de tramas de datos descodificadas, contando
el número de tramas de datos con errores, y dividiendo el número de
errores por el número predeterminado de tramas de datos
descodificadas, para proporcionar una tasa de errores de trama.
Como se mostrará, las estimaciones convencionales de errores pueden
ser más fiables para un receptor que experimente una tasa de
errores de trama constante mediante la observación de un número
grande, predeterminado, de tramas de datos. Tal estimación, sin
embargo, puede no adaptarse adecuadamente a las condiciones en las
que la tasa de errores de trama cambia rápidamente en relación con
el periodo de trama.
En las figuras 9-18 se presentan
los resultados de la simulación para receptores sujetos a relaciones
entre señal y ruido (SNR) constantes durante el transcurso de las
10.000 tramas recibidas. En particular, estas simulaciones usan una
relación de E_{b}/N_{0} en funcionamiento
constante simulada a 0,9 dB, 1,2 dB y 1,48 dB con tasas de errores
de trama correspondientes de 0,1014, 0,0111 y 0,0013,
respectivamente. Las figuras 9, 11, 13, 15 y 17 están
proporcionadas sobre una escala
logarítmica-logarítmica para ilustrar las
velocidades de convergencia iniciales. Las figuras 10, 12, 14, 16 y
18-22 están proporcionadas en una escala
semi-logarítmica para ilustrar la variación a largo
plazo.
En las figuras 19-22 se
presentan los resultados de la simulación para receptores sujetos a
relaciones entre señal y ruido que varían durante el transcurso de
las 10.000 tramas recibidas. La tabla de la figura 8 identifica la
relación E_{b}/N_{0} en funcionamiento y la tasa
de errores de trama en funcionamiento simuladas para cada grupo de
tramas dentro de las 10.000 tramas de la simulación. En particular,
se simula una tasa de errores de trama de un 1% para las tramas
1-2000, 4001-6000 y
8001-10000; se simula una tasa de errores de trama
de un 0,1% para las tramas 2001-4000; y se simula
una tasa de errores de trama de un 10% para las tramas
6001-8000.
Las figuras 9 y 10 ilustran los resultados de
simulación para un receptor de códigos turbo de
W-CDMA (usando un descodificador de logaritmo
máximo y un tamaño de trama de K = 640 con promediado de
intervalo deslizante), según realizaciones de la presente
invención, ejecutadas con tres relaciones de
E_{b}/N_{0} y tasas de errores de trama en
funcionamiento constantes, y con un tamaño L de promediado de
intervalo deslizante de 100 tramas. Como se muestra en la figura 9,
pueden obtenerse estimaciones fiables de las tasas de errores de
trama dentro de, aproximadamente, 30 tramas en las tres tasas de
errores. Las estimaciones a largo plazo de las tasas de errores de
trama son, también, fiables, como se muestra en la figura 10. En
particular, las estimaciones a largo plazo de las tasas de errores
de trama al 10% y al 1% están centradas, aproximadamente, con
respecto a las tasas de errores de trama reales. La estimación para
una tasa de errores de trama real de 0,1% parece estar centrada
ligeramente más abajo que la tasa de errores de trama reales. Esto
puede ser consecuencia de la resolución de muestreo relativamente
baja de la tabla de la figura 7, tomada de la parte de gran
pendiente de la gráfica de la figura 4B.
Las figuras 11 y 12 ilustran resultados de la
simulación para un receptor convencional, que corresponden a los
resultados de las figuras 9 y 10 y que usan un tamaño de intervalo
de 100 tramas. En otras palabras, la estimación de la tasa de
errores de trama es calculada convencionalmente observando las 100
tramas más recientes, contando el número de errores de trama, y
dividiendo el número de errores de trama por el número de tramas
observadas. Como se muestra, no hay provista ninguna estimación
fiable de la tasa de errores de trama hasta que se han observado al
menos 1/(FER real) tramas. Como se muestra, una estimación fiable de
la tasa de errores de trama puede obtenerse para FER = 10% después
de, aproximadamente, 20 tramas. La estimación de la tasa de errores
de trama para FER = 1% no es muy fiable y puede proporcionar
estimaciones sólo ocasionalmente, ya que habrá unos 100 intervalos
de trama sin errores de trama con el resultado de una tasa de
errores de trama estimada de 0 para esas estimaciones. A una FER
real de 0,1%, la simulación de la estimación convencional de
errores no parece funcionar en absoluto en esta simulación.
El tamaño del intervalo para la estimación
convencional de errores en un receptor convencional fue aumentado a
500 tramas en la simulación ilustrada en las figuras 13 y 14. Con
este aumento del tamaño del intervalo, un receptor convencional,
que incluya estimación convencional de errores, puede ser capaz de
mejorar las estimaciones a largo plazo de la tasa de errores de
trama para la FER real = 1%. La estimación del FER real = 1% usando
un tamaño de intervalo de 500 tramas es, sin embargo, menos fiable,
todavía, que la estimación proporcionada según la presente
invención usando un tamaño de intervalo menor, de 100 tramas, como
se muestra en la figura 10. Además, la estimación convencional de
errores usando un intervalo de 500 tramas puede, todavía, ser
incapaz de proporcionar una estimación fiable de la tasa de errores
de trama cuando la FER real es igual al 0,1%.
El tamaño de intervalo para la estimación
convencional de errores fue aumentado, además, hasta 1000 tramas en
la simulación ilustrada en las figuras 15 y 16. Como se muestra, se
obtuvieron estimaciones fiables de la tasa de errores de trama para
una FER real del 10% y del 1%. Las estimaciones de la tasa de
errores de trama para una FER real de 0,1%, sin embargo, siguieron
sin ofrecer, todavía, resultados continuamente fiables en esta
simulación.
Las figuras 17 y 18 ilustran simulaciones para
un receptor de códigos turbo de WCDMA (usando descodificador de
logaritmo máximo y tamaño de trama K = 640 con promediado de
intervalo deslizante) según realizaciones de la presente invención
realizada con tres relaciones de E_{b}/N_{0} y
tasas de errores de trama en funcionamiento constantes, y
realizadas con un tamaño L de promediado de intervalo
deslizante de 1000 tramas. Como se muestra, pueden proporcionarse
estimaciones a largo plazo más fiables de las tasas de errores de
trama cuando se comparan con simulaciones según realizaciones de la
presente invención usando un tamaño L de intervalo de
promediado deslizante de 100 tramas, como se muestra en las figuras
9 y 10. Como se describe más arriba con respecto a las figuras 9 y
10, se observa una subestimación consistente de la tasa de errores
de trama cuando se observa una FER real igual a 0,01, y esta
subestimación puede resultar de una pérdida de resolución de
muestreo suficiente en este margen de la tabla de interpolación de
la figura 7. La subestimación puede reducirse proporcionando una
resolución mayor de muestras para esta parte de la tabla de
interpolación de la figura 7 con tasas de errores de trama
relativamente bajas y con números promedio de iteraciones
relativamente bajos usados para tratar secuencias de símbolos
recibidos.
La figura 19 ilustra resultados de simulaciones
para un receptor de códigos turbo de WCDMA (usando descodificador
de logaritmo máximo y tamaño de trama K = 640 con promediado
de intervalo deslizante) según realizaciones de la presente
invención realizadas mientras varían las relaciones de
E_{b}/N_{0} y las tasas de errores de trama en
funcionamiento, y realizadas con un tamaño L de promediado de
intervalo deslizante de 100 tramas. En particular, las tramas
1-2000, 4001-6000 y
8001-10000 se reciben con una FER real del 1%; las
tramas 2001-4000 se reciben con una FER real del
0,1%; y las tramas 6001-8000 se reciben con una FER
real del 10%. Como se muestra, el estimador de errores según
realizaciones de la presente invención sigue la FER en
funcionamiento tanto en responsividad como en fiabilidad.
Las figuras 20-22 ilustran
resultados de simulaciones para un receptor convencional sujeto a la
misma FER variable en funcionamiento según lo descrito más arriba
con respecto a la figura 19 y usando tamaños de intervalo
respectivos de 100, 500 y 1000 tramas. En otras palabras, la
estimación de la tasa de errores de trama es calculada,
convencionalmente, observando las 100, 500 o 1.000 tramas más
recientes, contando el número de errores de trama, y dividiendo el
número de tramas erróneas por el número de tramas observadas. Como
se muestra, la estimación convencional de errores no proporciona
estimaciones fiables para tasas de errores de trama variables en
funcionamiento. La simulación de la figura 20, a un tamaño
relativamente bajo de intervalo de 100 tramas, no proporciona
estimaciones fiables de las tasas de errores de trama menores en
funcionamiento en las que la FER real es del 1% y del 0,1%. Las
simulaciones de las figuras 21 y 22, a tamaños mayores de intervalo
de 500 y de 1000, no se adaptan rápidamente a cambios en la tasa de
errores de trama en funcionamiento.
Como se ha descrito más arriba, un receptor
según las realizaciones de la presente invención puede, de esta
manera, generar una estimación de una tasa de errores para
comunicaciones recibidas usando varias iteraciones de procesador
iterativo de banda de base realizadas en el cálculo de tramas de
datos. El uso de iteraciones de procesador iterativo de banda de
base para generar estimaciones de una tasa de errores puede
proporcionar una estimación fiable que se adapta rápidamente a
condiciones de recepción cambiantes. Estas estimaciones de error
pueden, luego, ser transmitidas al dispositivo de radio que
transmite comunicaciones recibidas, permitiendo, de ese modo, que
el dispositivo de radio distante, por ejemplo, altere
características de la transmisión, tales como la potencia de
transmisión, para mantener un nivel deseado de calidad de recepción
en el receptor. De manera alternativa, o por añadidura, las
estimaciones de error pueden ser usadas por el receptor con o sin
transmitir las estimaciones de errores a otro dispositivo de
radio.
Los receptores según la presente invención
pueden usarse en dispositivos de comunicaciones tales como el
terminal móvil 101 ilustrado en la figura 23, en la que el terminal
móvil 101 proporciona comunicaciones con una estación de base. Como
se muestra, el terminal móvil puede incluir una antena 99, un
receptor 103, un transmisor 105, un controlador 107 y una interfaz
109 de usuario, cuya interfaz de usuario puede incluir un teclado,
un dispositivo de visualización, un altavoz y/o un micrófono. En
particular, el receptor 103 puede ser incorporado en la práctica
como el receptor de la figura 1 o como el de la figura 2, y los bits
de información y la estimación de error generada por el receptor
103 puede ser proporcionada al controlador 107. El controlador 107
puede, de esa manera, proporcionar la estimación de errores al
transmisor 105 para la transmisión de retorno a la estación de
base. El terminal móvil 101 puede, por tanto, generar una estimación
de errores para comunicaciones recibidas desde una estación de
base, y transmitir la estimación de errores de vuelta a la estación
de base.
El terminal móvil 101, por ejemplo, puede ser un
radioteléfono, un ayudante digital personal o agenda electrónica,
un ordenador con un módem inalámbrico, o cualquier otro dispositivo
que proporcione comunicaciones de voz y/o de datos. Además, pueden
usarse receptores según la presente invención, por ejemplo, en
terminales fijos, estaciones de base de comunicaciones, receptores
de satélite o buscapersonas.
En los dibujos y en la descripción se han
descrito realizaciones típicas preferidas de la invención y, aunque
se han empleado términos específicos, se han usado, solamente, en un
sentido genérico y descriptivo y no con propósito limitativo,
estableciéndose el alcance de la invención en las reivindicaciones
siguientes.
Claims (12)
1. Un método para estimar una tasa de errores
para comunicaciones recibidas, comprendiendo el método las
operaciones de:
descodificar (51) de manera iterativa cada una
de una pluralidad de secuencias de símbolos recibidos para
proporcionar una pluralidad respectiva de secuencias de datos;
proporcionar (53) el número de iteraciones
realizadas para proporcionar cada una de la pluralidad de secuencias
de datos; y
estimar (55) una tasa de errores para las
comunicaciones recibidas basándose en el número de iteraciones
realizadas para proporcionar cada una de la pluralidad de
secuencias de datos, caracterizado porque la operación de
estimación comprende la operación de:
calcular una media del número de iteraciones
realizadas para proporcionar cada una de la pluralidad de secuencias
de datos y estimar la tasa de errores usando la media del número de
iteraciones realizadas.
2. Un método según la reivindicación 1, que
comprende, además, la operación de:
proporcionar una tabla para consulta que incluye
medias posibles de iteraciones realizadas y una tasa de errores
correspondiente estimada para cada una de las medias posibles, en el
que la estimación de la tasa de errores comprende, además,
seleccionar un error estimado de la tabla para consulta que
corresponde a la media calculada.
3. Un método según la reivindicación 1, en el
que la descodificación, de manera iterativa, de cada una de una
pluralidad de secuencias de símbolos recibidos comprende:
tratar de manera iterativa una secuencia de
símbolos recibidos para proporcionar una secuencia de datos
estimados después de cada iteración;
realizar una comprobación de errores sobre una
secuencia de datos estimados después de cada iteración;
realizar un tratamiento iterativo subsiguiente
de la secuencia de símbolos recibidos en respuesta a la detección
de un error durante la comprobación de errores;
y terminar el tratamiento iterativo subsiguiente
de la secuencia de símbolos recibidos y transmitir la secuencia de
datos estimados como la secuencia de datos en respuesta a no haber
detectado ningún error durante la comprobación de errores.
4. Un método según la reivindicación 3, en el
que la realización de una comprobación de errores comprende
realizar una comprobación de redundancia cíclica (CRC).
5. Un método según la reivindicación 1, en el
que la tasa de errores estimada comprende una tasa de errores de
bits estimada.
6. Un método según la reivindicación 1, en el
que la secuencia de datos comprende una trama de datos y la tasa de
errores estimada comprende una tasa estimada de errores de
trama.
7. Un receptor que comprende:
un procesador de radio (23) que genera una
pluralidad de secuencias de símbolos recibidos;
un procesador (25) iterativo de banda de base
acoplado al procesador de radio en el que el procesador (25)
iterativo de banda de base descodifica de manera iterativa cada una
de una pluralidad de secuencias de símbolos recibidos para
proporcionar una pluralidad respectiva de secuencias de datos;
un circuito (27) de detección acoplado al
procesador (25) iterativo de banda de base en el que el circuito
(27) de detección proporciona el número de iteraciones realizadas
para proporcionar cada una de la pluralidad de secuencias de datos;
y
un estimador (29) de errores acoplado al
circuito (27) de detección en el que el estimador (29) de errores
estima una tasa de errores para comunicaciones recibidas basándose
en el número de iteraciones realizadas para proporcionar cada una
de la pluralidad de secuencias de datos, caracterizado porque
el estimador (29) de errores está configurado, además, para
calcular una media del número de iteraciones realizadas para
proporcionar cada una de la pluralidad de secuencias de datos y
para estimar la tasa de errores usando la media del número de
iteraciones realizadas.
\newpage
8. Un receptor según la reivindicación 7, que
comprende, además: una tabla para consulta que incluye medias
posibles de iteraciones realizadas y una tasa de errores
correspondiente estimada para cada una de las medias posibles en
las que el estimador de errores selecciona un error estimado de la
tabla para consulta que corresponde a la media calculada.
9. Un receptor según la reivindicación 7, en el
que el procesador iterativo de banda de base está configurado,
además, para descodificar de manera iterativa una secuencia de
símbolos recibidos para proporcionar una secuencia de datos
estimados después de cada iteración, en el que el circuito de
detección está configurado, además, para realizar una comprobación
de errores en la secuencia de datos estimados después de cada
iteración, en el que el procesador iterativo de banda de base
realiza la descodificación iterativa subsiguiente de la secuencia
de símbolos recibidos en respuesta a la detección de un error
durante la comprobación de errores, y en el que el procesador
iterativo de banda de base termina la descodificación iterativa
subsiguiente de la secuencia de símbolos recibidos y transmite la
secuencia de datos estimados como la secuencia de datos en respuesta
a no haberse detectado ningún error durante la comprobación de
errores.
10. Un receptor según la reivindicación 9, en el
que el circuito de detección comprende un circuito de comprobación
de redundancia cíclica (CRC).
11. Un receptor según la reivindicación 7, en el
que la tasa de errores estimada comprende una tasa de errores de
bits estimada.
12. Un receptor según la reivindicación 7, en el
que la secuencia de datos comprende una trama de datos, y la tasa
de errores estimada comprende una tasa de errores de trama
estimada.
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