ES2415584A2 - Method for suppressing burst noise in radio receivers with spatial multiplexing or diversity - Google Patents

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Abstract

Burst noise (RI) consists of a succession of peaks of short duration but large amplitude, which are mixed with the desired signal in the receiver and which are detrimental to communications. Long-term evolution (LTE) and similar type mobile phone systems use spatial multiplexing and diversity techniques consisting in using various transmitting and receiving antennas in order to increase the robustness and speed of the transmission of data in the communication. The aim of the method is to suppress burst noise in radio receivers with spatial multiplexing or diversity by permanently observing the amplitude of the signal received in all of the antennas. When the amplitude in all of the antennas simultaneously exceeds a pre-defined threshold the received signal is acted on by substituting the samples affected with other zero-value samples.

Description

Método para suprimir ruido impulsivo en receptores radio con diversidad o multiplexación espacial Method to suppress impulse noise in radio receivers with diversity or spatial multiplexing

Sector de la técnica Technical sector

Este procedimiento encuentra aplicación en el sector de las telecomunicaciones. Más concretamente en lo relativo a los sistemas de transmisión y recepción de señales por ondas radioeléctricas. Entre éstos, más concretamente en aquellos en los que se utilicen técnicas de diversidad espacial de antenas y/o multiplexación espacial Multiple-input Multipleoutput (MIMO), como la telefonía celular de cuarta generación Long Term Evolution (LTE). This procedure finds application in the telecommunications sector. More specifically in relation to the systems of transmission and reception of signals by radio waves. Among these, more specifically in those in which techniques of spatial diversity of antennas and / or multiple-input Multipleoutput (MIMO) spatial multiplexing techniques are used, such as Long Term Evolution (LTE) fourth generation cellular telephony.

Estado de la técnica State of the art

Para tratar de minimizar los efectos del ruido impulsivo (RI) sobre transmisiones digitales por radio, se han propuesto ya diferentes métodos. Algunas patentes como W02004002101, EP1309095 y EP1180851 basan su funcionamiento en la localización de los picos de RI a partir de la propia señal de información recibida; cuando creen haber reconocido un pico de RI eliminan la porción de señal correspondiente. Otras publicaciones de interés son las patentes US 20050213692 y EP1361720 que utilizan complejos algoritmos de compensación del RI. También los autores de la presente patente han publicado con anterioridad dos procedimientos aplicables a sistemas de radio: P200402455 que monitoriza el RI en una polarización ortogonal a aquella en que se produce la transmisión y P200402706 que monitoriza el RI en otro canal a una frecuencia diferente. Hasta el momento no se conocen patentes contra RI específicamente descritas para L TE ni para receptores con diversidad o multiplexación espacial. To try to minimize the effects of impulse noise (IR) on digital radio transmissions, different methods have already been proposed. Some patents such as W02004002101, EP1309095 and EP1180851 base their operation on the location of the RI peaks from the information signal itself received; when they believe they have recognized an RI peak they eliminate the corresponding signal portion. Other publications of interest are US Patents 20050213692 and EP1361720 that use complex IR compensation algorithms. Also the authors of the present patent have previously published two procedures applicable to radio systems: P200402455 that monitors the IR in an orthogonal polarization to that in which the transmission occurs and P200402706 that monitors the IR in another channel at a different frequency. So far there are no known patents against IR specifically described for LTE or for receivers with diversity or spatial multiplexing.

Explicación del procedimiento Explanation of the procedure

El RI consiste en una sucesión de picos de corta duración pero de gran amplitud que se mezclan con la señal deseada en el receptor y que perjudican notablemente la transmisión de las comunicaciones vía radio. Su efecto se hace más patente en aquellos sistemas que emplean sistemas de modulación y transmisión digital, y con especial virulencia en aquellos con modulación Orthogonal Frequency Division Multiple Access (OFDMA) o Single Carrier Frequency Division Multiple Access (SC-FDMA), usados en LTE. The RI consists of a succession of short-lived but large-scale peaks that mix with the desired signal at the receiver and significantly impair the transmission of radio communications. Its effect becomes more evident in those systems that use digital modulation and transmission systems, and with special virulence in those with Orthogonal Frequency Division Multiple Access (OFDMA) or Single Carrier Frequency Division Multiple Access (SC-FDMA) modulation, used in LTE .

En su funcionamiento, los sistemas de telefonía celular L TE Y similares utilizan técnicas de diversidad y multiplexación espacial MIMO, que consisten en utilizar varias antenas transmisoras y receptoras para incrementar la robustez y la velocidad de transmisión de datos en la comunicación. In their operation, LTE and similar cell phone systems use MIMO diversity and spatial multiplexing techniques, which consist of using several transmitting and receiving antennas to increase the robustness and speed of data transmission in communication.

El objetivo del presente método es eliminar los efectos perjudiciales del RI en los sistemas de comunicación por radio con recepción por diversidad y/o multiplexación espacial. Aunque se considera L TE como el principal representante de este tipo de sistemas, el alcance del método no se restringe solamente a este último. The objective of the present method is to eliminate the damaging effects of IR in radio communication systems with diversity reception and / or spatial multiplexing. Although L TE is considered as the main representative of this type of systems, the scope of the method is not restricted only to the latter.

Los sistemas de cancelación de RI existentes tratan de detectar el RI a partir de la señal de información recibida. Su forma de actuar consiste en identificar el RI que se encuentra sumado a la señal de información deseada. Estos métodos tienen una eficiencia limitada, puesto que se ve condicionada por la más o menos correcta identificación del RI. The existing RI cancellation systems try to detect the RI from the received information signal. Its way of acting consists in identifying the IR that is added to the desired information signal. These methods have limited efficiency, since it is conditioned by the more or less correct identification of the IR.

En los sistemas L TE Y similares, el RI se introduce de forma corre lada en todas las antenas receptoras mientras que cada una de estas últimas recibe la señal deseada de forma parcialmente incorrelada con respecto a las demás, debido al multitrayecto. Es decir, el RI aparecerá como un pico de gran amplitud en todas las antenas receptoras al mismo tiempo mientras que la señal deseada puede tener distinta amplitud en cada antena. El principio de funcionamiento del nuevo procedimiento que se presenta consiste en suponer que se ha introducido RI cuando la amplitud de la señal recibida supera un cierto umbral en todas las antenas receptoras simultáneamente. In the L TE and similar systems, the RI is introduced in a straight way in all the receiving antennas while each of the latter receives the desired signal partially incorrectly with respect to the others, due to the multipath. That is, the RI will appear as a peak of great amplitude in all the receiving antennas at the same time while the desired signal may have different amplitude in each antenna. The principle of operation of the new procedure presented is to assume that RI has been introduced when the amplitude of the received signal exceeds a certain threshold on all receiving antennas simultaneously.

La ventaja que presenta este nuevo procedimiento frente a los ya existentes es que es capaz de detectar la presencia del RI de una manera más eficiente; es decir, permite discriminar pulsos de RI más pequeños y evita que muestras de la señal deseada con gran amplitud sean confundidas con RI. The advantage of this new procedure over existing ones is that it is able to detect the presence of IR in a more efficient way; that is, it allows to discriminate smaller RI pulses and prevents samples of the desired signal with great amplitude from being confused with RI.

El funcionamiento del procedimiento consistirá en la observación permanente de la amplitud de la señal que se reciba en todas las antenas. Cuando en todas a la vez esta amplitud supere un umbral previamente establecido, se considerará que es debido a la perturbación producida por un pico de RI. Entonces se actuará sobre la señal recibida, sustituyendo las muestras afectadas por otras de valor cero. El valor umbral se determinará en función de la potencia media de la señal observada. The operation of the procedure will consist in the permanent observation of the amplitude of the signal that is received in all the antennas. When at all times this amplitude exceeds a previously established threshold, it will be considered to be due to the disturbance produced by a peak of IR. Then the received signal will be acted upon, replacing the affected samples with zero value ones. The threshold value will be determined based on the average power of the observed signal.

En lugar de sustituir las muestras afectadas por ceros, también sería posible sustituirlas por otras con un valor que conserve la misma fase, pero recortando su amplitud a un nivel más adecuado, como por ejemplo el valor root mean square (rms). Instead of replacing the samples affected by zeros, it would also be possible to replace them with others with a value that retains the same phase, but by cutting its amplitude to a more appropriate level, such as the root mean square (rms) value.

Aunque el número de antenas no está definido y depende del sistema en particular, a continuación se detallará el procedimiento suponiendo que el receptor consta de dos antenas. Although the number of antennas is undefined and depends on the particular system, the procedure will be detailed below assuming that the receiver consists of two antennas.

Cuando el número de antenas receptoras sea mayor de dos, cabe modificar el procedimiento de manera que no se compruebe en todas las antenas si se supera el umbral sino solamente en algunas de ellas que se consideren suficientemente representativas, de manera que si se supera el umbral simultáneamente en éstas la porción de señal se elimina en ellas y en todas las demás. When the number of receiving antennas is greater than two, the procedure can be modified so that it is not checked in all the antennas if the threshold is exceeded but only in some of them that are considered sufficiently representative, so that if the threshold is exceeded simultaneously in these the signal portion is eliminated in them and in all others.

También se contempla la posibilidad de· que la determinación del valor umbral de detección para todas las antenas se realice en función de la potencia media de la señal observada en una sola de ellas y no en todas a la vez. The possibility is also contemplated that the determination of the detection threshold value for all the antennas is made based on the average power of the signal observed in one of them and not in all at the same time.

En lo que se refiere a la determinación del valor umbral de detección para todas las antenas, el umbral puede establecerse promediando la potencia media de la señal de todas las antenas o de varias de ellas. As regards the determination of the detection threshold value for all antennas, the threshold can be set by averaging the average signal strength of all or several of the antennas.

Descripción de los dibujos Description of the drawings

La Figura 1 ilustra el procedimiento. La indicación A significa: Antena. Figure 1 illustrates the procedure. The indication A means: Antenna.

El bloque indicado con B contiene las etapas de: Radiofrecuencia (RF), Frecuencia Intermedia (FI) y Demodulación. La indicación C significa: Resto del proceso Las marcas "SIINO" indican la posibilidad de una respuesta lógica verdadera o falsa The block indicated with B contains the stages of: Radio Frequency (RF), Intermediate Frequency (FI) and Demodulation. The indication C means: Rest of the process The "SIINO" marks indicate the possibility of a true or false logical response

5 Las marcas "IMP=" indican el resultado de la decisión acerca de si se ha detectado RI o no. A continuación puede seguir la etiqueta "sr' o "NO" si se ha detectado o si no se ha detectado. La etiqueta "SIINO" indica que el resultado puede ser verdadero o falso. 5 The "IMP =" marks indicate the result of the decision about whether RI has been detected or not. You can then follow the "sr 'or" NO "tag if it has been detected or has not been detected. The" SIINO "tag indicates that the result may be true or false.

1 O Descripción detallada de un modo de realización 1 O Detailed description of one embodiment

Como se ilustra en el procedimiento de la figura 1, se supone la presencia de dos antenas receptoras en las la mayor parte de los bloques están duplicados, encontrándose el grupo correspondiente a la Antena 1 en la parte superior del dibujo y el correspondiente a la 15 Antena 2 en la parte inferior. La etiqueta (1) indica las antenas receptoras que reciben cada una su señal simultáneamente. La señal proveniente de cada antena, pasa por las etapas de las etapas de: filtrado y amplificación en radiofrecuencia RF, traslado de la señal a frecuencia intermedia FI, con sus correspondientes secciones de filtrado y amplificación para su demodulación a banda base; obteniendo una señal compleja con componentes en 20 fase y cuadratura llamada S1(t) para la Antena 1 y S2(t) para la Antena, habituales en los receptores de señal de radio (2). Los bloques indicados en (3) se corresponden con un filtro paso bajo antialiasing, previo a la etapa de muestreo. En (4), la señales continuas se muestrean simultáneamente con periodo T de muestreo, obteniéndose las señales discretas S1[n] para la Antena 1 y S2[n] para la Antena 2. Cuando surja un pico de RI, las antenas As illustrated in the procedure of Figure 1, the presence of two receiving antennas is assumed in which most of the blocks are duplicated, the group corresponding to Antenna 1 being found at the top of the drawing and the one corresponding to the 15 Antenna 2 at the bottom. The label (1) indicates the receiving antennas that each receive their signal simultaneously. The signal from each antenna passes through the stages of the stages of: filtering and amplification in RF radio frequency, transfer of the signal to intermediate frequency FI, with its corresponding filtering and amplification sections for demodulation to baseband; obtaining a complex signal with components in phase and quadrature called S1 (t) for Antenna 1 and S2 (t) for Antenna, common in radio signal receivers (2). The blocks indicated in (3) correspond to an antialiasing low pass filter, prior to the sampling stage. In (4), the continuous signals are sampled simultaneously with sampling period T, obtaining discrete signals S1 [n] for Antenna 1 and S2 [n] for Antenna 2. When a peak of RI arises, the antennas

25 recibirán RI sumado a la señal propia de la transmisión. El RI de ambas antenas se encuentra correlacionado. Ambas antenas recogerán también otro tipo de perturbaciones, de menor amplitud, como por ejemplo ruido térmico o de fondo, pero esto no afecta al razonamiento expuesto. A continuación se comprueba si tanto la amplitud de la señal proveniente de la Antena 1 25 will receive RI added to the transmission's own signal. The RI of both antennas is correlated. Both antennas will also pick up other types of disturbances, of less amplitude, such as thermal or background noise, but this does not affect the reasoning exposed. Next it is checked whether both the amplitude of the signal coming from Antenna 1

30 como la de la Antena 2 superan el umbral U (5). Las respuestas, que pueden ser sí ó no, se introducen en una puerta'Y' lógica en (6), a cuya salida se obtiene la variable lógica IMP, que indica si se considera o no la existencia de RI. Los bloques (7) actúan en función de la 30 like that of Antenna 2 exceeds the threshold U (5). The answers, which can be yes or no, are entered in a logic 'Y' gate in (6), at whose output the IMP logic variable is obtained, which indicates whether or not the existence of RI is considered. The blocks (7) act according to the

evaluación hecha en (6); en el caso de que IMP=no, las muestras SI[n] y S2[n] permanecen inalteradas, si por el contrario IMP=sí, la muestras SI[n] y S2[n] se sustituyen por un cero. evaluation done in (6); in the case that IMP = no, the samples SI [n] and S2 [n] remain unchanged, if on the contrary IMP = yes, the samples SI [n] and S2 [n] are replaced by a zero.

5 El valor umbral U sería determinado a partir de la potencia media de la señal observada. Aunque inicialmente se toma el mismo valor U para las dos antenas, también es posible calcular un valor diferente de umbral para cada una de ellas si existen diferencias en la potencia media recibida. 5 The threshold value U would be determined from the average power of the observed signal. Although initially the same U value is taken for the two antennas, it is also possible to calculate a different threshold value for each of them if there are differences in the average power received.

10 Existe otra forma de realización, que consiste en evaluar, previamente al muestreo, si el nivel de amplitud de las señales supera el umbral, a part~r de la observación de las señales continuas IS1(t)1 y IS2(t)l. 10 There is another embodiment, which consists in evaluating, prior to sampling, if the level of amplitude of the signals exceeds the threshold, based on the observation of the continuous signals IS1 (t) 1 and IS2 (t) l .

De forma similar, se puede aplicar este método de supresión de RI, para el caso de que la 15 transmisión sea analógica. Similarly, this RI suppression method can be applied, in case the transmission is analog.

Aplicación del procedimiento a la industria Application of the procedure to the industry

Este procedimiento constituye una mejora que se puede añadir al hardware y/o al software This procedure constitutes an improvement that can be added to hardware and / or software

20 de cualquier receptor de un sistema de comunicación por ondas radioeléctricas, para mejorar su comportamiento frente al RI, siempre que la recepción implemente diversidad y/o multiplexación espacial. En concreto, tiene especial aplicación en aquellos sistemas de comunicación MIMO como la telefonía celular L TE. 20 of any receiver of a radio wave communication system, to improve its behavior against the IR, provided that the reception implements diversity and / or spatial multiplexing. Specifically, it has special application in those MIMO communication systems such as LTE cell phone.

Claims (10)

REIVINDICACIONES 1. Procedimiento de supresión de ruido impulsivo (RI) para sistemas de comunicación digital por radio que utilicen técnicas de diversidad espacial de antenas y/o multiplexación 5 espacial, lo que implica recepción por varias antenas. Caracterizado porque la amplitud de la señal demodulada y muestreada que se recibe en todas las antenas es comprobada permanentemente, de manera que cuando en todas a la vez esta amplitud supere un umbral previamente establecido, se considerará que es debido a la perturbación producida por un pico de RI, actuándose sobre esa porción de la señal recibida de manera que sea eliminada 1. Impulse noise suppression (RI) procedure for digital radio communication systems using spatial diversity techniques of antennas and / or spatial multiplexing, which implies reception by several antennas. Characterized in that the amplitude of the demodulated and sampled signal that is received in all the antennas is permanently checked, so that when in all at once this amplitude exceeds a previously established threshold, it will be considered to be due to the disturbance produced by a peak of RI, acting on that portion of the received signal so that it is eliminated lOen todas ellas. lOen all of them. 2. Procedimiento según reivindicación 1, en el que la eliminación de la señal recibida en las diferentes antenas se realiza sustituyendo en todas ellas la parte afectada por otra de valor cero. 2. The method according to claim 1, wherein the elimination of the signal received on the different antennas is carried out by replacing in all of them the affected part with another of zero value. 3. Procedimiento según reivindicación 1, en el que la eliminación de la señal recibida en las diferentes antenas se realiza sustituyendo en todas ellas la parte afectada por otra que conserve la misma fase, pero recortando su amplitud. 3. Method according to claim 1, wherein the elimination of the signal received on the different antennas is performed by replacing in all of them the affected part with another that retains the same phase, but by cutting its amplitude. 20 4. Procedimiento según reivindicaciones 1 a 3, en el que cuando el número de antenas receptoras sea mayor de dos, no se compruebe en todas las antenas si se supera el umbral sino solamente en algunas de ellas que se consideren suficientemente representativas, de manera que si se supera el umbral simultáneamente en éstas la porción de señal se elimina en ellas y en todas las demás. Method according to claims 1 to 3, in which when the number of receiving antennas is greater than two, it is not checked in all the antennas if the threshold is exceeded but only in some of them that are considered sufficiently representative, so that if the threshold is exceeded simultaneously in these the signal portion is eliminated in them and in all others. 5. Procedimiento según reivindicaciones 1 a 4, en el que, para cada una de las antenas, la determinación del valor umbral de detección se realice en función de la potencia media de la señal observada en ella. 5. Method according to claims 1 to 4, in which, for each of the antennas, the determination of the detection threshold value is performed according to the average power of the signal observed therein.
30 6. Procedimiento según reivindicaciones 1 a 4, en el que la determinación del valor umbral de detección para todas las antenas se realice en función de la potencia media de la señal observada en una de ellas. Method according to claims 1 to 4, in which the determination of the detection threshold value for all the antennas is performed according to the average power of the signal observed in one of them.
7. Procedimiento según reivindicaciones 1 a 4, en el que la determinación del valor umbral de detección para todas las antenas se realice promediando la potencia media de la señal de todas ellas o de varias de ellas. 7. A method according to claims 1 to 4, wherein the determination of the detection threshold value for all the antennas is carried out by averaging the average signal strength of all or several of them.
5 8. Procedimiento según reivindicaciones 1 a 7, en el que la comparación de la amplitud con el umbral correspondiente se realice con señal continua, antes del muestreo. A method according to claims 1 to 7, in which the comparison of the amplitude with the corresponding threshold is carried out with a continuous signal, before sampling.
9. 9.
Procedimiento según reivindicaciones 1 a 8, en el que el sistema de comunicación utilice modulación Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM). Method according to claims 1 to 8, wherein the communication system uses Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM) modulation.
10. 10.
Procedimiento según reivindicaciones 1 a 8, en el que el sistema de comunicación utilice modulación Orthogonal Frequency Division Multiple Access (OFDMA). Method according to claims 1 to 8, wherein the communication system uses Orthogonal Frequency Division Multiple Access (OFDMA) modulation.
11. Procedimiento según reivindicaciones 1 a 8, en el que el sistema de comunicación 15 utilice modulación Single Carrier Frequency Division Multiple Access (SC-FDMA). 11. Method according to claims 1 to 8, wherein the communication system 15 uses Single Carrier Frequency Division Multiple Access modulation (SC-FDMA). 12. Procedimiento según reivindicaciones 1 a 11, en el que el sistema de comunicación sea telefonía móvil. 12. Method according to claims 1 to 11, wherein the communication system is mobile telephony. 20 13. Procedimiento según reivindicación 12, en el que el sistema de comunicación sea Long Term Evolution (LTE). 13. A method according to claim 12, wherein the communication system is Long Term Evolution (LTE). 14. Procedimiento según reivindicaciones 1 a 7, en el que el sistema de modulación y transmisión de la señal no sea digital sino analógico. 14. A method according to claims 1 to 7, wherein the signal modulation and transmission system is not digital but analog.
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