ES2802820T3

ES2802820T3 - Procedimientos y aparatos de comunicación OFDM

Info

Publication number: ES2802820T3
Application number: ES14178034T
Authority: ES
Inventors: Rajiv Laroia; Junyi Li
Original assignee: Qualcomm Inc
Current assignee: Qualcomm Inc
Priority date: 2000-09-13
Filing date: 2001-09-11
Publication date: 2021-01-21
Anticipated expiration: 2021-09-11
Also published as: EP1317813B1; EP2315386A1; PT2835930T; WO2002023850A2; DK2315386T3; DK2835930T3; AU2001288993A1; WO2002023850A3; US20140247898A1; TW531994B; US9130810B2; US20020044524A1; HK1205601A1; EP2835930A2; ES2524944T3; EP3694139A1; EP2835930B1; HK1157092A1; EP2315386B1; ES2390068T3

Abstract

Un procedimiento de generación de una señal multiplexada por división de frecuencia en un dispositivo de comunicaciones para su transmisión en un sistema de comunicación inalámbrica de acceso múltiple, en el que se usa un conjunto de M tonos de frecuencia para transmitir la señal, en el que el conjunto de M tonos de frecuencia es un subconjunto de tonos en un ancho de banda disponible, comprendiendo el procedimiento: obtener un conjunto de M símbolos de datos complejos (316) y un conjunto de M símbolos de entrenamiento complejos para la transmisión usando el conjunto de M tonos de frecuencia asignados al dispositivo de comunicaciones durante un periodo de permanencia que comprende una pluralidad de periodos de símbolo sucesivos; mapear los M símbolos de datos complejos a los primeros M instantes temporales, correspondiendo los primeros M instantes temporales a una primera duración de símbolo de la pluralidad de periodos de símbolo; generar un primer conjunto de M coeficientes de señal en el dominio de tiempo en base al menos en parte al conjunto de M símbolos de datos complejos (316) y los primeros instantes temporales al realizar una suma de un producto del conjunto de M símbolos de datos complejos (316) y M sinusoides complejos correspondientes al conjunto de M tonos de frecuencia, en el que el primer conjunto de M coeficientes de señal se mapea al conjunto de M tonos de frecuencia para el primer periodo de símbolo; mapear los M símbolos de entrenamiento complejos a segundos M instantes temporales, correspondiendo los segundos M instantes temporales a una segunda duración de símbolo de la pluralidad de periodos de símbolo; generar un segundo conjunto de M coeficientes de señal en el dominio de tiempo en base al menos en parte al conjunto de M símbolos de entrenamiento complejos y a los segundos instantes temporales realizando una suma de un producto del conjunto de M símbolos de entrenamiento complejos (316) y M sinusoides complejos correspondientes al conjunto de M tonos de frecuencia, en el que el segundo conjunto de M coeficientes de señal se mapea al conjunto de M tonos de frecuencia para el segundo periodo de símbolo; y procesar, para el primer y segundo periodo de símbolo de la pluralidad de periodos de símbolo del periodo de permanencia, respectivamente, el primer conjunto de M coeficientes de señal y el segundo conjunto de M coeficientes de señal para obtener la señal multiplexada por división de frecuencia para el primer y segundo periodo de símbolo de la pluralidad de periodos de símbolo del periodo de permanencia.

Description

DESCRIPCIÓN

Procedimientos y aparatos de comunicación OFDM

REFERENCIA CRUZADA A SOLICITUDES RELACIONADAS

[0001] Esta solicitud reivindica el beneficio de la fecha de presentación de la Solicitud Provisional de Estados Unidos Núm. 60/230,937, presentada el 13 de septiembre de 2000, y es una continuación en parte de la Solicitud de Patente de Estados Unidos pendiente S.N. 09/805,887, presentada el 15 de marzo de 2001, ambas se titulan "SIGNALING METHOD IN AN OFDM MULTIPILE ACCESS WIRELESS SYSTEM [PROCEDIMIENTO DE SEÑALIZACIÓN EN UN SISTEMA INALÁMBRICO DE ACCESO MÚLTIPLE OFDM]”.

CAMPO TÉCNICO

[0002] La presente invención se refiere a sistemas de comunicación de multiplexado por división ortogonal de frecuencia (OFDM), y más en particular a procedimientos y aparatos para implementar transmisores y receptores OFDM adecuados para su uso en, por ejemplo, una red de comunicación de acceso múltiple.

ANTECEDENTES

[0003] El multiplexado por división ortogonal de frecuencia (OFDM) es una técnica de multiplexado relativamente conocida para sistemas de comunicación. Los sistemas de comunicación OFDM pueden usarse para proporcionar comunicación de acceso múltiple, donde a los diferentes usuarios se les asignan diferentes tonos ortogonales dentro de un ancho de banda de frecuencia para transmitir datos al mismo tiempo. En un sistema de comunicación OFDM, todo el ancho de banda asignado al sistema se divide en tonos ortogonales. En particular, para una duración de símbolo T dada disponible para la transmisión de datos de usuario, y un ancho de banda W dado, WT da el número de tonos ortogonales F disponibles. El espacio entre los tonos ortogonales A se elige para que sea 1/T, haciendo de este modo que los tonos sean ortogonales. Además de la duración de símbolo T que está disponible para la transmisión de datos de usuario, se puede usar un periodo de tiempo Tc adicional para la transmisión de un prefijo cíclico. El prefijo cíclico se antepone a cada duración de símbolo T y se usa para compensar la dispersión introducida por la respuesta del canal y por el filtro de conformación de pulso usado en el transmisor. Por tanto, aunque se emplea una duración de símbolo total de T Tc para transmitir un símbolo OFDM, solo la duración de símbolo T está disponible para la transmisión de datos de usuario y, por lo tanto, se denomina duración de símbolo OFDM.

[0004] En técnicas OFDM anteriores, una señal OFDM se construye primero por un transmisor en el dominio de frecuencia mediante el mapeo de símbolos de una constelación a los tonos de frecuencia prescritos. La señal construida en el dominio de frecuencia se transforma en el dominio de tiempo mediante una transformada discreta de Fourier inversa (IDFT) o una transformada rápida de Fourier inversa (IFFT). Un prefijo cíclico que tiene una duración Tc, como se analiza anteriormente, se antepone luego a la señal de dominio de tiempo correspondiente a cada duración de símbolo T, dando como resultado una señal que tiene la duración total de símbolo T+Tc para cada símbolo que se va a transmitir. La señal de dominio de tiempo que incluye los prefijos cíclicos se muestrea para obtener las muestras de señales digitales que se van a transmitir.

[0005] En general, los símbolos de la constelación tienen una propiedad de relación pico a promedio relativamente baja. Por ejemplo, los símbolos de una constelación QPSK tienen todos la misma amplitud. Sin embargo, después de transformarse mediante IDFT o IFFT, las muestras de señal de dominio de tiempo resultantes son la suma ponderada de todos los símbolos y, por lo tanto, en general no conservan la propiedad deseable de relación pico a promedio baja. En particular, la señal de dominio de tiempo resultante tiene típicamente una relación pico a promedio alta.

[0006] Dado que los símbolos se mapean a tonos en transmisores OFDM conocidos en el dominio de frecuencia, la recuperación de símbolos también se realiza en el dominio de frecuencia, por ejemplo, con las señales recibidas correspondientes a tonos individuales que se mapean nuevamente en el dominio de frecuencia a símbolos individuales.

[0007] La Fig. 1 ilustra un receptor OFDM 100 conocido ejemplar. El receptor OFDM 100 incluye una antena 102, un sintonizador 104, un convertidor A/D 106, un circuito de descarte de prefijo cíclico 108, un circuito FFT 110, un circuito de extracción de símbolos de entrenamiento 112, un circuito de estimación de canal de dominio de frecuencia 114, un circuito de ecualización de canal de dominio de frecuencia 118 y un decodificador 118 acoplados entre sí como se ilustra en la Fig. 1.

[0008] Las señales OFDM de radiodifusión se reciben a través de la antena 102 y luego se filtran por el sintonizador 104 que emite una señal que incluye los tonos OFDM usados para transmitir símbolos. La señal continua emitida por el sintonizador 104 se muestrea por el convertidor A/D 106 para generar una señal digital que luego se procesa por el circuito de descarte de prefijo cíclico 108. El circuito 108 descarta la porción Tc de la señal recibida correspondiente al prefijo cíclico. La porción restante de la señal correspondiente a la duración de símbolo T se suministra al circuito de transformada 110, por ejemplo, un circuito FFT o DCT, que convierte la señal de dominio de tiempo que representa los símbolos transmitidos en el dominio de frecuencia. El extractor de símbolo de entrenamiento 112 extrae uno o más símbolos de entrenamiento o tonos piloto, es decir, símbolos o tonos con valores transmitidos conocidos en el dominio de frecuencia, de la señal recibida. Los símbolos/tonos de entrenamiento extraídos se suministran al circuito de estimación de canal de dominio de frecuencia 114. El circuito 114 estima el efecto, en el dominio de frecuencia, del canal de comunicaciones en las señales transmitidas como se evidencia por la diferencia entre el(los) símbolo(s) de entrenamiento o tono(s) piloto y los valores esperados. El circuito de ecualización de canal de dominio de frecuencia 116 recibe información de estimación de canal del circuito 114 y realiza operaciones de ecualización de canal en la señal de dominio de frecuencia generada por el circuito de transformada 110 para compensar las distorsiones de canal. Después de que se realiza la ecualización de canal en el dominio de frecuencia, la señal se procesa por el decodificador 118 que mapea la señal de dominio de frecuencia en símbolos y/o datos.

[0009] Las técnicas existentes para implementar sistemas de comunicación OFDM pueden ser altamente ineficientes en términos de uso de energía debido a la relación pico a promedio relativamente alta en comparación con otros esquemas de señalización, tales como los esquemas de modulación de portadora única. Como resultado, las técnicas OFDM existentes no son adecuadas para una red de comunicación inalámbrica de acceso múltiple con usuarios altamente móviles porque la alta relación pico a promedio de la señal transmitida requiere una gran cantidad de energía en la estación base y en el dispositivo inalámbrico. Los grandes requisitos de energía dan como resultado una vida útil de la batería corta y amplificadores de potencia más costosos para dispositivos o terminales portátiles de comunicación inalámbrica. En consecuencia, es deseable proporcionar una técnica OFDM que reduzca la relación pico a promedio de la señal que se va a transmitir, mientras aprovecha el mayor ancho de banda de comunicación ofrecido por un sistema de comunicación OFDM.

[0010] Documento STEINER B: "Performance aspects of an MC/JD-CDMA mobile radio system employing noncontiguous frequency bands", CONFERENCIA DE TECNOLOGÍA VEHICULAR, 1999, vol. 1, 16 de mayo de 1999, páginas 30-34, XP010342028, DOI: 10.1109/VETEC.1999.778010, ISBN 978-0-7803-5565-1. Este documento se refiere a un concepto de sistema de radio móvil MC/JD-CDMA (acceso múltiple por división de código de detección conjunta de portadora múltiple) en base a UTRA-TDD (duplexado de división de tiempo de acceso por radio terrestre UMTS). En particular, se consideran dos enfoques de estimación de canal para MC/JD-CDMA, un enfoque basado en símbolos de prueba que es comparable con el usado en GSM, así como un enfoque basado en chip similar a la técnica de estimación propuesta para UTRA-TDD.

[0011] Se llama más la atención en el documento SCHNELL M ET AL: "A PROMISING NEW WIDEBAND MULTIPLE-ACCESS SCHEME FOR FUTURE MOBILE COMMUNICATIONS SYSTEMS", TRANSACCIONES EUROPEAS SOBRE TELECOMUNICACIONES, vol. 10, núm. 4, 1 de julio de 1999, páginas 417-427, XP009069928, ISSN: 1124-318X. Este documento se refiere al "Acceso múltiple por división de frecuencia intercalada" (IFDMA), que es un esquema de acceso múltiple de espectro expandido para comunicaciones móviles que es adecuado tanto para aplicaciones de enlace descendente como de enlace ascendente. El IFDMA combina la transmisión de portadora múltiple de amplio espectro con acceso múltiple por división de frecuencia.

BREVE EXPLICACIÓN

[0012] De acuerdo con la presente invención, se proporciona un procedimiento y un aparato para generar una señal multiplexada por división de frecuencia en un dispositivo de comunicaciones para su transmisión en un sistema de comunicación inalámbrica, como se establece en las reivindicaciones 1 y 8, respectivamente. Se reivindican otros modos de realización en las reivindicaciones dependientes. La presente invención está dirigida a sistemas de comunicaciones OFDM en los que se generan símbolos de datos, por ejemplo, modulados, y recuperados en el dominio de tiempo en oposición al dominio de frecuencia.

[0013] El transmisor de la presente invención modula los símbolos de datos en el dominio de tiempo a un conjunto prescrito de instantes temporales correspondientes a una duración de símbolo. Los símbolos mapeados están conectados suavemente para formar la señal OFDM transmitida de modo que la señal generada correspondiente a un usuario incluye solo componentes de frecuencia en los tonos asignados a ese usuario particular. El procedimiento de señalización OFDM de dominio de tiempo de la presente invención tiene la ventaja sobre el procedimiento de señalización OFDM de dominio de frecuencia conocido en que puede, en muchos casos, proporcionar una relación pico a promedio sustancialmente menor.

[0014] En diversos modos de realización, el procedimiento de señalización OFDM de dominio de tiempo de la presente invención se usa para implementar un sistema de comunicación de acceso múltiple (MAC). En el modo de realización MAC, a diferentes usuarios se les asignan diferentes conjuntos de tonos para su uso durante el mismo periodo de símbolo OFDM. En el sistema de acceso múltiple, las señales transmitidas desde diferentes transmisores, usando cada una un conjunto de tonos asignados a un usuario diferente, a menudo se mezclan en el canal de comunicaciones antes de llegar al receptor de un usuario individual. En dicho caso, las señales de otros usuarios son interferencias de acceso múltiple a la señal del usuario individual que intenta recuperar los datos que se comunicaron en los tonos asignados del usuario.

[0015] De acuerdo con un modo de realización de receptor ejemplar de la presente invención, para eliminar la interferencia de acceso múltiple, el receptor primero muestrea la señal recibida, descarta las muestras correspondientes a los prefijos cíclicos transmitidos y luego transforma la señal restante del dominio de tiempo al dominio de frecuencia, por ejemplo, realizando una operación FFT. Después de que la señal se haya convertido en el dominio de frecuencia, la señal se filtra para retirar los tonos de otros usuarios. Esto da como resultado una señal que incluye los tonos asignados al usuario del receptor pero no a otros usuarios.

[0016] Después de eliminar los tonos de otros usuarios de la señal, la señal se convierte nuevamente en el dominio de tiempo para facilitar la recuperación de los símbolos transmitidos. La transformación en el dominio de tiempo se puede implementar, por ejemplo, realizando una operación de transformada discreta inversa de Fourier (IDFT) en la señal filtrada.

[0017] Las técnicas de estimación y ecualización de canal en el dominio de tiempo se usan para reducir y/o eliminar las distorsiones de señal introducidas por el canal de comunicaciones.

[0018] Para facilitar la estimación de canal y las operaciones de ecualización, el transmisor de la presente invención incluye símbolos de entrenamiento en la señal OFDM transmitida junto con los símbolos usados para transmitir los datos del usuario. El receptor conoce los símbolos de entrenamiento antes de su recepción, lo que permite al receptor estimar las distorsiones introducidas por el canal comparando los valores de los símbolos de entrenamiento recibidos con sus valores esperados conocidos.

[0019] En un modo de realización ejemplar de la invención, durante cada periodo de símbolo OFDM, se transmiten uno o más símbolos de entrenamiento al dispositivo de un usuario junto con símbolos de datos usados para transmitir los datos del usuario. Los símbolos de entrenamiento se usan como se analiza anteriormente, durante el procesamiento de señales de dominio de tiempo, para estimar la respuesta del canal de comunicación. La estimación de canal resultante se usa luego en una operación de ecualización de canal para facilitar la recuperación de los símbolos de datos transmitidos.

[0020] En un modo de realización ejemplar particular, a los usuarios en un sistema MAC de la presente invención se les asigna un conjunto de tonos para su uso durante un periodo de tiempo llamado permanencia. La permanencia corresponde a varios periodos sucesivos de transmisión de símbolos. De acuerdo con uno de dichos modos de realización, los tonos asignados a un usuario durante cada periodo de símbolo sucesivo de una permanencia permanecen iguales. En ese modo de realización ejemplar particular, los símbolos de entrenamiento se transmiten durante algunos, por ejemplo, uno, pero no todos los periodos de símbolo en cada permanencia. El periodo o periodos en los cuales se transmiten los símbolos de entrenamiento se denominan periodos de símbolo de entrenamiento. En uno de dichos modos de realización, se usa un periodo de símbolo en o cerca del centro de la permanencia para transmitir símbolos de entrenamiento mientras que los símbolos de datos se transmiten durante los otros periodos de símbolo de cada permanencia. De acuerdo con dichos modos de realización donde los símbolos de entrenamiento no se transmiten durante todos los periodos de símbolo, las estimaciones de canal generadas a partir de los símbolos de entrenamiento recibidos durante un periodo de símbolo de entrenamiento de una permanencia se usan durante los otros periodos de símbolo de la misma permanencia con fines de ecualización de canal.

[0021] Los rasgos característicos, elementos y modos de realización adicionales del sistema de comunicaciones de la presente invención se analizarán en detalle a continuación.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS

[0022]

La Fig. 1 es un diagrama de bloques de un receptor OFDM conocido.

La Fig. 2 es un diagrama de un sistema de comunicaciones OFDM implementado de acuerdo con la presente invención.

La Fig. 3 es un diagrama de bloques de un transmisor implementado de acuerdo con la invención.

La Fig. 4 es un gráfico que muestra símbolos mapeados a instantes temporales prescritos en el dominio de tiempo de acuerdo con la técnica de transmisión OFDM implementada por el transmisor de la Fig. 3.

La Fig. 5 es un gráfico que muestra la respuesta del dominio de frecuencia del gráfico de la Fig. 4.

La Fig. 6 es un gráfico que muestra los tonos asignados a una pluralidad de usuarios del sistema de comunicaciones mostrado en la Fig. 2.

Las Figs. 7 y 8 ilustran diferentes técnicas para transmitir símbolos de entrenamiento de acuerdo con diversos modos de realización de la presente invención.

La Fig. 9 ilustra un receptor OFDM de la presente invención adecuado para su uso en el sistema de comunicaciones de la Fig. 2.

DESCRIPCIÓN DETALLADA

[0023] La Fig. 2 ilustra un sistema de comunicaciones 200 implementado de acuerdo con la presente invención. El sistema 200 incluye un transmisor OFDM 212 y un receptor OFDM 216 acoplados entre sí por un canal de comunicaciones 214. El transmisor OFDM 212 y el receptor OFDM 216 se implementan de acuerdo con la presente invención como se analizará en detalle a continuación. El canal de comunicaciones 214 puede ser, por ejemplo, el aire en un modo de realización de comunicaciones inalámbricas. El canal de comunicaciones 214 puede introducir en la señal transmitida una amplia gama de distorsiones que incluyen, por ejemplo, ruido, distorsiones de múltiples rutas, etc. Además, las señales transmitidas a/desde múltiples usuarios del sistema OFDM 200 pueden mezclarse en el canal de comunicaciones 214. Como resultado de enviarse a través del canal de comunicaciones 214, la señal recibida por el receptor OFDM 216 puede ser diferente de la señal transmitida por el transmisor OFDM 212. Como se analizará a continuación, el receptor 216 realiza una o más operaciones de compensación de canal, de acuerdo con diversos rasgos característicos de la invención, para compensar y/o reducir el efecto de las distorsiones de señal introducidas por el canal de comunicaciones 214.

[0024] En el procedimiento de transmisión OFDM tradicional analizado anteriormente, una señal OFDM se forma modulando símbolos a tonos de frecuencia, respectivamente, donde los símbolos representan la información del usuario que se va a transmitir y donde los símbolos se seleccionan de alguna constelación de señal. Este procedimiento tradicional de generar una señal OFDM se denomina en el presente documento señalización OFDM de dominio de frecuencia ya que la creación de la señal se realiza principalmente en el dominio de frecuencia.

[0025] De acuerdo con un rasgo característico del transmisor de la presente invención, se crea una señal OFDM en el dominio de tiempo en oposición al dominio de frecuencia. En consecuencia, la técnica de la presente invención se denomina señalización OFDM de dominio de tiempo. En el dominio de tiempo, los símbolos de datos de señalización OFDM se modulan en el dominio de tiempo a un conjunto de instantes temporales prescritos, por ejemplo, instantes espaciados uniformemente dentro de un periodo de símbolo T. Los símbolos mapeados se conectan fácilmente luego para formar una señal continua, por ejemplo, la señal OFDM se transmitirá durante todo o una parte de un periodo de símbolo T. El proceso se repite para cada periodo de símbolo. Las técnicas de la presente invención usadas para crear la señal continua que se va a transmitir desde los puntos discretos mapeados en el dominio de tiempo durante cada periodo de símbolo T son de modo que la señal generada incluirá solo componentes de frecuencia en los tonos de señal OFDM designados para comunicar los símbolos.

[0026] Un transmisor ejemplar de la presente invención y una técnica de generación de señal OFDM de dominio de tiempo ejemplar de la invención se analizarán ahora con referencia a las Figs. 3-6. Técnicas y circuitos adicionales para generar señales OFDM en el dominio de tiempo de acuerdo con la invención se analizan en detalle en la Solicitud de Patente de Estados Unidos SN 09/805.887.

[0027] Con referencia ahora a la Fig. 3, se muestra un transmisor de multiplexado por división ortogonal de frecuencia (ODFM) 210. El transmisor OFDM 210 recibe una primera constelación de símbolos {B} 312 y proporciona los símbolos a un circuito de mapeo de símbolo a símbolo 314, que produce una segunda constelación de símbolos complejos {C} 316. Los símbolos complejos 316 representan datos o una secuencia de datos que van a transmitirse por el sistema de comunicación OFDM, y pueden elegirse entre una variedad de constelaciones de símbolos que incluyen, pero sin limitarse a, constelaciones de símbolos de desplazamiento de fase (PSK) y de modulación de amplitud en cuadratura (QAM). La asignación de símbolo a símbolo realizada por el circuito de asignación 314 es un paso opcional realizado por el transmisor OFDM 210.

[0028] A continuación, un circuito de mapeo de instante temporal 318 mapea cada símbolo complejo 316 a un instante de tiempo prescrito dentro de una duración de símbolo OFDM dada. La operación de mapeo se realiza en el dominio de tiempo de modo que el circuito de mapeo 318 genera una señal discreta de símbolos mapeados dentro de la duración de símbolo de dominio de tiempo. La salida del circuito de mapeo 318 se proporciona a un circuito de interpolación 320, que produce una serie de muestras de señales digitales {S/} 22. Las muestras de señales digitales 322 se forman muestreando una señal continua, que se construye aplicando una o más funciones de interpolación continua predeterminadas a los símbolos complejos mapeados 319. De forma alternativa, las muestras de señales digitales 322 se forman aplicando directamente una o más funciones de interpolación discreta predeterminadas a los símbolos complejos mapeados 319. Cuando se usa la técnica de aplicar funciones de interpolación discreta, no se genera ninguna señal continua intermedia y no es necesario el paso de muestreo de la señal continua. El funcionamiento del circuito de interpolación 320 se describe con más detalle a continuación.

Un circuito de prefijo cíclico 324 recibe la serie de muestras de señales digitales 322 del circuito de interpolación 320 y antepone un prefijo cíclico a las muestras de señales digitales 322. El circuito de prefijo cíclico 324 funciona para copiar y anteponer la última porción del vector de muestra de señal digital S 322 al comienzo de la duración de símbolo OFDM. Las muestras de señales digitales 322 resultantes con el prefijo cíclico antepuesto se convierten en una señal analógica mediante un convertidor digital a analógico 328. La señal analógica resultante se procesa además mediante un filtro de conformación de pulso 330, cuya salida se modula a una frecuencia portadora, y se amplifica mediante una unidad amplificadora de potencia 332 para su transmisión a través de una antena 34.

[0029] La Fig. 4 representa gráficamente los pasos de procesamiento de señales realizados por los diversos circuitos del DSP 26 en un modo de realización ejemplar. Más específicamente, la Fig. 4 muestra la construcción de la señal que se va a transmitir en una duración de símbolo de dominio de tiempo OFDM 440 dada. La duración de símbolo de dominio de tiempo 440 es un intervalo de tiempo de 0 a T. Con los fines de la siguiente descripción, la duración de símbolo OFDM T no incluye el prefijo cíclico. La señal que se va a transmitir en la duración de símbolo 440 está representada por los símbolos complejos C i, C ² , Ü3, ..., Cm 16 que se mapean a los instantes temporales prescritos, donde M indica el número de símbolos que se van a transmitir en la duración de símbolo 440.

[0030] En una implementación, el transmisor OFDM 210 es un sistema de comunicación de acceso múltiple donde todo el ancho de banda disponible para los usuarios del sistema se divide en F tonos de frecuencia ortogonales, fi, 2,..., Ff. En la duración de símbolo 440 dada, a un usuario dentro del sistema de comunicación de acceso múltiple se le asignan M tonos de frecuencia f e fe ... , f e , que es un subconjunto de fi, fe . , Ff (el número total de tonos de frecuencia) en orden para transmitir una señal, por ejemplo, una señal que representa M símbolos. Los tonos de frecuencia restantes pueden usarse por otros usuarios del transmisor 210 o por otros transmisores que formen parte de un sistema de comunicaciones. Esta técnica permite que el transmisor OFDM 210 funcione como parte de un sistema de comunicación de acceso múltiple.

[0031] Para un usuario dado, el transmisor 210, primero asigna los símbolos de datos complejos Ci, C ² , C ³ ,..., Cm 416 a t¹, fe, fe,..., tm, respectivamente, donde t¹, fe, fe,..., tm son M instantes temporales prescritos dentro de la duración de símbolo de dominio de tiempo 440. La operación de mapeo genera una señal discreta de símbolos mapeados. Cabe destacar que el número de instantes temporales prescritos es igual al número de símbolos M que se van a transmitir. Como se describe anteriormente, el mapeo de símbolos se produce en el dominio de tiempo. Las funciones de interpolación continua 442 se aplican luego a la señal discreta de los símbolos mapeados 416 para generar una función continua CF(t) para t en el intervalo de tiempo de 0 a T.

[0032] Las funciones de interpolación 442 están construidas de modo que los valores de la función continua CF(t) en los instantes temporales t¹, fe, fe,..., tM son respectivamente iguales a C i, C ² , C ³ ,..., Cm y la respuesta de frecuencia de la función continua CF(t) contiene solo sinusoides en los tonos asignados. Por lo tanto, CF(t) se construye como

donde y los coeficientes Ak se dan por

[0033] Por tanto, cada coeficiente de señal de dominio de tiempo Ak se genera multiplicando una matriz de sinusoides predeterminadas con la columna única de símbolos de datos Ci, C ² , C ³ ,..., Cm 416.

[0034] La Fig. 5 muestra la respuesta de frecuencia de la función continua CF(t), que es el compuesto de las M señales interpoladas mostradas en la Fig. 4. Más específicamente, la Fig. 5 muestra que, de acuerdo con la presente invención, la respuesta de frecuencia de la función continua no es cero solo en los M tonos de frecuencia f¡(i), íí( ² ) , f i (m) asignados al usuario particular, y es cero en todos los demás tonos de frecuencia.

[0035] Preferentemente, los tonos en la señal OFDM transmitida asignada a un usuario individual estarán igualmente espaciados en el dominio de frecuencia y, opcionalmente, tonos contiguos en el conjunto general de tonos que se usan en el sistema 200. En el receptor, los tonos correspondientes a otros usuarios pueden estar entrelazados con los tonos asignados a un usuario particular debido a la mezcla en el canal de comunicaciones 214.

[0036] Por tanto, en un sistema multiusuario, la señal transmitida correspondiente a un solo usuario puede sufrir interferencia de señales (tonos), correspondientes a otros usuarios. Además, en el canal de comunicación, la señal transmitida puede interactuar con señales de otros sistemas de comunicaciones, reflejos de la señal transmitida y de fuentes de ruido. Esto da como resultado distorsiones en la señal recibida. Por tanto, tanto en los dominios de frecuencia como de tiempo, una señal recibida será diferente de la señal que se transmitió.

[0037] El número de referencia 702 se usa en la Fig. 6 para referirse a un diagrama que ilustra los N tonos transmitidos por una pluralidad de usuarios del sistema durante una única duración de símbolo OFDM ejemplar. El número de referencia 704 se usa para identificar el conjunto de tonos M asignados al usuario ejemplar. Los tonos N-M restantes se usan por otros usuarios. En el ejemplo de la Fig. 6, A es mayor que el espaciado de tono mínimo que da como resultado tonos fk+i y f[k+(M-¹)A^]-1que están entrelazados con los tonos 704 usados por el usuario ejemplar.

[0038] El transmisor asigna los símbolos en el dominio de tiempo de acuerdo con la presente invención y el receptor 216 los recupera de forma similar en el dominio de tiempo. Sin embargo, para retirar las distorsiones en los símbolos transmitidos de un usuario creados por tonos usados por otros usuarios del sistema, las señales recibidas se filtran primero en el dominio de frecuencia para reducir y/o eliminar el efecto de los tonos asignados a otros usuarios antes de intentar recuperar los símbolos transmitidos por un usuario en el dominio de tiempo.

[0039] Si bien el filtrado en el dominio de frecuencia puede eliminar el efecto de los tonos de otro usuario, las distorsiones de canal siguen siendo un problema para la recuperación de símbolos de dominio de tiempo. Mientras que las técnicas de compensación de canal OFDM tradicionales se centran en la compensación de canal que se realiza en el dominio de frecuencia, dichas técnicas de compensación de canal convencionales pueden resultar inadecuadas para la recuperación de símbolos que se generaron inicialmente en el dominio de tiempo y se recuperarán en el dominio de tiempo.

[0040] De acuerdo con un rasgo característico de la presente invención, en contraste con los sistemas OFDM conocidos, la compensación de canal se realiza en el dominio de tiempo en oposición al dominio de frecuencia. Para facilitar dicha compensación de canal, los valores de símbolos conocidos, a veces llamados símbolos de entrenamiento se transmiten junto con los símbolos de datos. Al comparar los valores esperados de la señal de dominio de tiempo del símbolo de entrenamiento con los valores de señal de dominio de tiempo recibido, el efecto del canal de comunicaciones sobre la señal transmitida del usuario puede estimarse y luego corregirse, por ejemplo, en una operación de ecualización de canal. De forma alternativa, los símbolos de entrenamiento en el dominio de tiempo pueden usarse para entrenar el ecualizador directamente sin el primer paso de la estimación de canal.

[0041] Las Figs. 7 y 8 ilustran dos técnicas alternativas para transmitir símbolos de entrenamiento de acuerdo con la presente invención. En los ejemplos de las Figs. 7 y 8, a un usuario ejemplar se le asigna un conjunto de M tonos de una pluralidad de N tonos totales. En los ejemplos M=5. Después de un número preseleccionado de periodos de transmisión de símbolos, 3 en los ejemplos de las Fig. 7 y 8, al usuario se le asigna un nuevo conjunto de M tonos para su uso con fines de transmisión. El periodo de tiempo en el cual se asigna a un usuario un conjunto fijo de tonos se conoce como permanencia. En cada una de las Figs. 7 y 8 se ilustran dos periodos de permanencia (801,803) y (901,903).

[0042] En el ejemplo de la Fig. 7 durante la permanencia 801, al usuario se le asigna un primer conjunto de tonos 804 que se va a usar. Durante la segunda permanencia 803, se usa el segundo conjunto de tonos 802. Durante cada duración de símbolo T en la permanencia 802 se transmiten dos símbolos de entrenamiento y 3 símbolos de datos. Los tonos correspondientes a los símbolos de entrenamiento transmitidos se muestran en las Figs. 7 y 8 usando líneas discontinuas, mientras que los tonos correspondientes a los símbolos de datos se muestran usando líneas continuas.

[0043] La señal transmitida continua se crea en el dominio de tiempo mediante el tratamiento de los símbolos de entrenamiento como dos de los símbolos que se van a transmitir y, a continuación, la generación de una señal continua de los símbolos de entrenamiento y de los símbolos de datos que se van a transmitir durante un periodo de símbolo de acuerdo con la presente invención.

[0044] La transmisión de los dos símbolos de entrenamiento en el ejemplo de la Fig. 7 da como resultado la incapacidad de usar el ancho de banda correspondiente a algunos, es decir, dos tonos para la transmisión de datos durante la duración de cada símbolo de la permanencia 801, 803. Sin embargo, proporciona información de compensación de canal al receptor durante cada periodo de símbolo.

[0045] En los casos en que una permanencia corresponde a múltiples periodos de símbolo, la eficiencia en términos de ancho de banda de comunicación se puede lograr de acuerdo con un rasgo característico de la invención mediante la transmisión de símbolos de entrenamiento durante un subconjunto de los periodos de transmisión de símbolos que existen dentro de una permanencia. Todos o solo algunos de los tonos asignados a un usuario pueden usarse para la transmisión de los símbolos de entrenamiento durante el periodo de símbolo o periodos de permanencia durante los cuales se transmiten símbolos de entrenamiento. La información de canal derivada de los símbolos de entrenamiento recibidos durante un periodo de símbolo se usa luego durante esos periodos de símbolo de la misma permanencia en los cuales no se reciben símbolos de entrenamiento con fines de compensación de canal. Esta técnica de compensación de canal es en particular adecuada cuando los cambios en las condiciones de canal pueden ser pequeños durante el periodo de permanencia, como es el caso en muchos modos de realización prácticos.

[0046] La Fig. 8 ilustra un ejemplo en el que todos los tonos en un periodo de transmisión de símbolos de una permanencia se usan para comunicar símbolos de entrenamiento. Los tonos durante los otros periodos de transmisión de símbolos de cada permanencia se usan para transmitir datos. En un modo de realización particular, el periodo de símbolo durante el cual se transmiten los símbolos de entrenamiento se localiza en el medio de la permanencia. Obsérvese que, en el ejemplo de la Fig. 7, 2/5 del ancho de banda (tonos) asignado a un usuario se usa durante cada permanencia para comunicar símbolos de entrenamiento, mientras que, en el ejemplo de la Fig. 8 solo se usa 1/3 del ancho de banda para la transmisión de símbolos de entrenamiento. En implementaciones en las que las permanencias incluyen un número relativamente grande de periodos de transmisión de símbolos, se puede lograr una eficiencia aún mayor usando el enfoque de la Fig. 8 para transmitir símbolos de entrenamiento en oposición a la técnica de la Fig. 7.

[0047] La Fig. 9 ilustra un receptor OFDM 216 implementado de acuerdo con la presente invención que está diseñada para recibir señales OFDM que se generaron originalmente en el dominio de tiempo, por ejemplo, usando una de las técnicas descritas en la Solicitud de Patente de Estados Unidos S.N. 09/805.887. Diversos elementos del receptor 216 que pueden implementarse usando elementos que son iguales o similares a los elementos del receptor 100 conocido se identifican en ambas Figs. 1 y 9 usando los mismos nombres y números.

[0048] El receptor 216 de la presente invención incluye una antena 102, un sintonizador 104, un convertidor A/D 106, un circuito de descarte de prefijo cíclico 108, un circuito de transformada 110 y un procesador de señales digitales 1000.

[0049] Las señales se reciben por la antena 102 y se filtran por el sintonizador 104 para reducir y/o eliminar señales fuera del conjunto de frecuencias usadas por el sistema de comunicaciones OFDM 200. El convertidor A/D 106 convierte la salida de señal filtrada analógica por el sintonizador 104 en una señal digital que luego se suministra al circuito 108. El circuito de descarte de prefijo cíclico 108 descarta la porción de prefijo cíclico de la señal recibida dejando la porción de señal correspondiente a los símbolos transmitidos que se van a procesar por el circuito de transformada 110. El circuito de transformada 110 convierte la señal de dominio de tiempo emitida por el circuito de descarte de prefijo cíclico 108 en una señal de dominio de frecuencia realizando una operación de transformada de frecuencia, por ejemplo, una operación de transformada rápida de Fourier (FFT) o una transformada discreta de Fourier (DFT) al respecto. Una vez transformada en el dominio de frecuencia, la señal se suministra al procesador de señales digitales 1000 que es responsable de recuperar los símbolos transmitidos por un usuario.

[0050] El DSP 1000 incluye una pluralidad de módulos y/o circuitos para realizar diversas funciones de procesamiento de señales. De acuerdo con la presente invención, los circuitos y/o módulos pueden implementarse usando hardware y/o software dedicado que controla un procesador para realizar las funciones del módulo y/o del circuito.

[0051] El DSP 1000 incluye un filtro de tono 1002, un circuito de transformada inversa 1004, un canal de dominio de tiempo, un circuito de estimación 1006, un circuito de ecualización de canal de dominio de tiempo 1008, un instante temporal para el módulo de mapeo de símbolos 1010 y un módulo de mapeo de símbolo a símbolo 1012. El filtro de tono 1002 filtra los tonos correspondientes a usuarios distintos del usuario del receptor 216. Por tanto, el filtro 1002 filtra los tonos usados por el sistema de comunicación que no están asignados al usuario particular del receptor 216. De esta manera, se retira la interferencia de acceso múltiple.

[0052] El circuito de transformada inversa 1004 realiza una operación de transformada de frecuencia a tiempo en la señal filtrada realizando, por ejemplo, una operación IFFT o IDFT, generando de este modo una señal de dominio de tiempo. La señal generada en el dominio de tiempo se suministra al circuito de estimación de canal de dominio de tiempo 1006 y al circuito de ecualización de canal de dominio de tiempo 1008.

[0053] El circuito de estimación de canal de dominio de tiempo 1006 extrae los símbolos de entrenamiento de la señal de dominio de tiempo generada por el circuito de transformada 1004 y realiza operaciones de estimación de canal en base a la diferencia entre el valor de símbolo de entrenamiento recibido en el dominio de tiempo y el valor de símbolo de entrenamiento esperado. Como se analiza anteriormente, los símbolos de entrenamiento pueden transmitirse durante cada periodo de transmisión de símbolos. En dicho modo de realización, la función de canal estimada en base a los símbolos de entrenamiento recibidos se aplica, o se extrapola y luego se aplica, a los otros símbolos recibidos en el mismo periodo de símbolo que los símbolos de entrenamiento en los que se basa una estimación de canal particular.

[0054] En el caso de que los símbolos de entrenamiento se transmitan durante un periodo de transmisión de símbolos de una permanencia, el circuito de estimación de canal de dominio de tiempo 1006 estima la función de canal para cada uno de los periodos de símbolo en la permanencia en base al conjunto de símbolos de entrenamiento recibidos durante el periodo de símbolo de entrenamiento de la permanencia.

[0055] El circuito de estimación de canal de dominio de tiempo 1006 puede usar una o más técnicas conocidas para estimar la función de canal en el dominio de tiempo en base a los símbolos de entrenamiento recibidos. Dado que se emplean técnicas conocidas, en base a una comparación del valor del símbolo de entrenamiento recibido y del valor del símbolo de entrenamiento esperado, los detalles de las técnicas de estimación de canal no se analizarán más a fondo.

[0056] De acuerdo con un modo de realización de la presente invención, se realiza una estimación de canal diferente para cada punto en el tiempo de una duración de símbolo en la cual se sitúa un símbolo asignado al usuario del receptor OFDM. En consecuencia, suponiendo la transmisión de M símbolos, las M funciones de canal se estimarían en dicho modo de realización.

[0057] Las estimaciones de función de canal generadas por el circuito de estimación de canal de dominio de tiempo 1006 se suministran al circuito de ecualización de canal de dominio de tiempo 1008. El circuito de ecualización de canal de dominio de tiempo 1008 realiza una operación de ecualización de canal usando la estimación o estimaciones de canal recibidas del circuito 1006. En efecto, el circuito de ecualización de canal de dominio de tiempo 1008 aplica en el dominio de tiempo una función que es la inversa de la función de canal real estimada. Si las estimaciones de canal son precisas, esto dará como resultado la eliminación de las distorsiones introducidas en la señal transmitida por el canal de comunicaciones. Suponiendo que la ecualización de canal sea exitosa, la salida del circuito de ecualización de canal 1008 será la señal original del dominio de tiempo transmitido que incluye el conjunto de puntos {Si} 322 transmitidos al usuario del receptor.

[0058] De forma alternativa, como se menciona anteriormente, los símbolos de entrenamiento en el dominio de tiempo pueden usarse para entrenar el circuito de ecualización de canal 1008 directamente sin el primer paso de la estimación de canal. En uno de dichos modos de realización, el circuito de estimación de canal 1006 se omite del receptor 216.

[0059] El instante temporal para el circuito de mapeo de símbolos 1010 mapea los valores de señal {Si} 322 en los puntos espaciados uniformemente en el tiempo usados para transmitir los símbolos en el dominio de tiempo, de nuevo en los valores de símbolos complejos transmitidos {Ci} 316. El circuito receptor 1010 realiza de este modo la inversa del circuito transmisor 318.

[0060] Los símbolos complejos {Ci} emitidos por instante temporal al circuito de mapeo de símbolos 1010 se suministran al circuito de mapeo de símbolo asímbolo1012. El circuito de mapeo de símbolos 1012 mapea los símbolos transmitidos {Ci} correspondientes a una segunda constelación de símbolos de vuelta a la primera constelación de símbolos {Bi}. De esta manera, el circuito 1012 realiza la inversa del transmisor al circuito de mapeo de símbolo a símbolo 314. Al igual que el circuito de asignación de símbolos del transmisor 314, el símbolo del receptor al circuito de asignación de símbolos 1012 es opcional y no se emplea cuando el transmisor no usa el circuito de asignación de símbolos 314. Los símbolos complejos recuperados {Bi} se emiten por el circuito receptor OFDM 216, por ejemplo, para su uso en circuitos posteriores.

[0061] Numerosas variaciones a los procedimientos y aparatos descritos anteriormente resultarán evidentes en vista del análisis anterior. Dichas variaciones deben considerarse dentro del alcance de la invención descrita como se reivindica.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Un procedimiento de generación de una señal multiplexada por división de frecuencia en un dispositivo de comunicaciones para su transmisión en un sistema de comunicación inalámbrica de acceso múltiple, en el que se usa un conjunto de M tonos de frecuencia para transmitir la señal, en el que el conjunto de M tonos de frecuencia es un subconjunto de tonos en un ancho de banda disponible, comprendiendo el procedimiento:

obtener un conjunto de M símbolos de datos complejos (316) y un conjunto de M símbolos de entrenamiento complejos para la transmisión usando el conjunto de M tonos de frecuencia asignados al dispositivo de comunicaciones durante un periodo de permanencia que comprende una pluralidad de periodos de símbolo sucesivos;

mapear los M símbolos de datos complejos a los primeros M instantes temporales, correspondiendo los primeros M instantes temporales a una primera duración de símbolo de la pluralidad de periodos de símbolo;

generar un primer conjunto de M coeficientes de señal en el dominio de tiempo en base al menos en parte al conjunto de M símbolos de datos complejos (316) y los primeros instantes temporales al realizar una suma de un producto del conjunto de M símbolos de datos complejos (316) y M sinusoides complejos correspondientes al conjunto de M tonos de frecuencia, en el que el primer conjunto de M coeficientes de señal se mapea al conjunto de M tonos de frecuencia para el primer periodo de símbolo;

mapear los M símbolos de entrenamiento complejos a segundos M instantes temporales, correspondiendo los segundos M instantes temporales a una segunda duración de símbolo de la pluralidad de periodos de símbolo;

generar un segundo conjunto de M coeficientes de señal en el dominio de tiempo en base al menos en parte al conjunto de M símbolos de entrenamiento complejos y a los segundos instantes temporales realizando una suma de un producto del conjunto de M símbolos de entrenamiento complejos (316) y M sinusoides complejos correspondientes al conjunto de M tonos de frecuencia, en el que el segundo conjunto de M coeficientes de señal se mapea al conjunto de M tonos de frecuencia para el segundo periodo de símbolo; y

procesar, para el primer y segundo periodo de símbolo de la pluralidad de periodos de símbolo del periodo de permanencia, respectivamente, el primer conjunto de M coeficientes de señal y el segundo conjunto de M coeficientes de señal para obtener la señal multiplexada por división de frecuencia para el primer y segundo periodo de símbolo de la pluralidad de periodos de símbolo del periodo de permanencia.

2. El procedimiento de la reivindicación 1, en el que el procesamiento del conjunto de M símbolos de datos mapeados para el primer periodo de símbolo y el conjunto de M símbolos de entrenamiento mapeados para el segundo periodo se realiza de acuerdo con una función que define una señal de tiempo continuo correspondiente a la señal multiplexada por división de frecuencia para un periodo de símbolo, y en el que la función comprende una suma de M sinusoides que tienen coeficientes correspondientes al conjunto de M símbolos de datos mapeados y al conjunto de M símbolos de entrenamiento mapeados.

3. El procedimiento de la reivindicación 1, que comprende además:

anteponer un prefijo cíclico a la señal multiplexada por división de frecuencia.

4. El procedimiento de la reivindicación 1, en el que el al menos un conjunto de M símbolos de entrenamiento complejos comprende un conjunto de valores de símbolos predeterminados.

5. El procedimiento de la reivindicación 1, en el que el primer o el segundo periodo de símbolo comprende un periodo de símbolo en o cerca del centro del periodo de permanencia.

6. El procedimiento de la reivindicación 1, en el que el conjunto de M tonos de frecuencia comprende M tonos contiguos, o en el que el conjunto de M tonos de frecuencia comprende tonos igualmente espaciados.

7. El procedimiento de la reivindicación 1, que comprende además:

aplicar los pasos de obtención, generación, mapeo y procesamiento a los otros periodos de símbolo de la pluralidad de periodos de símbolo del periodo de permanencia.

8. Un aparato (300) para generar una señal multiplexada por división de frecuencia en un dispositivo de comunicaciones para su transmisión en un sistema de comunicación inalámbrica de acceso múltiple, en el que se usa un conjunto de M tonos de frecuencia para transmitir la señal, en el que el conjunto de M tonos de frecuencia es un subconjunto de tonos en un ancho de banda disponible, comprendiendo el aparato:

medios para obtener (314) un conjunto de M símbolos de datos complejos (316) y un conjunto de M símbolos de entrenamiento complejos para la transmisión usando el conjunto de M tonos de frecuencia asignados al dispositivo de comunicaciones durante un periodo de permanencia que comprende una pluralidad de periodos de símbolo sucesivos;

medios para mapear (318) los M símbolos de datos complejos con los primeros M instantes temporales, correspondiendo los primeros M instantes temporales a una primera duración de símbolo de la pluralidad de periodos de símbolo;

medios para generar un primer conjunto de M coeficientes de señal en el dominio de tiempo en base al menos en parte al conjunto de M símbolos de datos complejos (316) y a los primeros instantes temporales realizando una suma de un producto del conjunto de M símbolos de datos complejos (316) y M sinusoides complejos correspondientes al conjunto de M tonos de frecuencia, en el que el primer conjunto de M coeficientes de señal se mapea al conjunto de M tonos de frecuencia para el primer periodo de símbolo;

medios para mapear los M símbolos de entrenamiento complejos a segundos M instantes temporales, correspondiendo los segundos M instantes temporales a una segunda duración de símbolo de la pluralidad de periodos de símbolo;

medios para generar un segundo conjunto de M coeficientes de señal en el dominio de tiempo en base al menos en parte al conjunto de M símbolos de entrenamiento complejos y a los segundos instantes temporales realizando una suma de un producto del conjunto de M símbolos de entrenamiento complejos (316) y M sinusoides complejos correspondientes al segundo conjunto de M tonos de frecuencia, en el que el segundo conjunto de M coeficientes de señal se mapea al conjunto de M tonos de frecuencia para el segundo periodo de símbolo; y

medios para procesar, para el primer y segundo periodo de símbolo de la pluralidad de periodos de símbolo del periodo de permanencia, respectivamente, el primer conjunto de M coeficientes de señal y el segundo conjunto de M coeficientes de señal para obtener la señal multiplexada por división de frecuencia del primer y segundo periodo de símbolo de la pluralidad de periodos de símbolo del periodo de permanencia.