ES2900874T3 - Aparato y método de codificación y ecualización adaptada emparejada con el sistema - Google Patents

Abstract

Un aparato para realizar codificación dúo-binaria adaptativa para la transmisión de señal a través de un sistema de transmisión de respuesta parcial, PR, en donde en el sistema de transmisión de PR, un canal de PR se especifica mediante una función de transferencia que es dependiente de un operador de retardo D, comprendiendo dicho aparato: un analizador de espectro (806) para obtener una característica de desvanecimiento de un espectro de transmisión disponible para dicha transmisión de señal; un divisor de espectro (807) para dividir dicho espectro de transmisión disponible en al menos dos subbandas de acuerdo con dicha característica de desvanecimiento, en donde se analiza una densidad de espectro de potencia, PSD, o una transformada rápida de Fourier, FFT, del canal de PR para encontrar valores mínimos de la función de transferencia, en base a estos valores mínimos, la tasa en baudios para la primera subbanda se obtiene como el valor de frecuencia doble de un primer valor mínimo, la tasa en baudios de la segunda subbanda se obtiene restando el valor de frecuencia del primer valor mínimo a partir del valor de frecuencia de un segundo valor mínimo; y un selector de modulación (808) para seleccionar un formato de modulación para cada una de dichas al menos dos subbandas en base a una característica de transmisión de la subbanda.

Description

DESCRIPCIÓN

Aparato y método de codificación y ecualización adaptada emparejada con el sistema

Campo técnico

La presente invención se refiere a un aparato y método para realizar codificación adaptativa para la transmisión de señal a través de un sistema de transmisión, tal como, pero no limitado a, un sistema de transmisión de fibra óptica.

Antecedentes

Los canales de espacio libre, detección directa y modulación de intensidad óptica ofrecen nuevos desafíos interesantes. La mayoría de los canales ópticos inalámbricos prácticos utilizan diodos emisores de luz como transmisores y fotodiodos como detectores. Estos dispositivos modulan y detectan únicamente la intensidad de la portadora, no su fase, lo que implica que todas las intensidades de la señal transmitida son no negativas. Además, las consideraciones de seguridad biológica restringen la potencia óptica radiada media, lo que restringe por ello la amplitud media de la señal. Tanto la distorsión por trayectos múltiples en la propagación de la señal como los tiempos de respuesta limitados de la optoelectrónica crean fuertes restricciones en el ancho de banda del canal. Los modelos de espacio de señal convencionales y las técnicas de modulación codificada para canales eléctricos no se pueden aplicar directamente, dado que no tienen en cuenta las restricciones de amplitud de la señal. Las técnicas de transmisión convencionales optimizadas para canales ópticos de banda ancha (por ejemplo, fibras ópticas) generalmente no son eficientes en ancho de banda.

En las comunicaciones ópticas, la modulación de intensidad (IM) es una forma de modulación en la que la salida de potencia óptica de una fuente varía de acuerdo con alguna característica de la señal de modulación. La envolvente de la señal óptica modulada es análoga a la señal de modulación en el sentido de que la potencia instantánea de la envolvente es una envolvente de la característica de interés en la señal de modulación. La recuperación de la señal de modulación normalmente se logra mediante detección directa. La creciente demanda de sistemas de transmisión de datos de alta velocidad ha introducido nuevos paradigmas de diseño para las comunicaciones ópticas. La necesidad de sistemas rentables y de baja complejidad ha modulado el uso de hardware óptico asequible (por ejemplo, transmisores incoherentes, moduladores de intensidad óptica, fibras multimodo, receptores de detección directa) para diseñar enlaces de fibra óptica de corto alcance (por ejemplo, fibra al hogar e interconexiones ópticas) y enlaces ópticos inalámbricos interiores difusos. Estos dispositivos imponen tres restricciones importantes al diseño de la señalización. En primer lugar, el transmisor solo modula información sobre la intensidad instantánea de una portadora óptica, al contrario de los canales coherentes convencionales donde la amplitud y la fase de la portadora se pueden utilizar para enviar información. En el receptor, solo se detectará la intensidad óptica de la señal entrante. Debido a estas limitaciones, las señales transmitidas deben ser no negativas. Esta transmisión se denomina "modulación de intensidad con detección directa" (IMDD). En segundo lugar, la potencia óptica pico y media (es decir, la pico y media de la señal transmitida en el dominio eléctrico) debe estar por debajo de un cierto umbral por motivos de seguridad ocular y cutánea y para evitar no linealidades presentes en los dispositivos. En los canales convencionales, tales restricciones se imponen normalmente sobre el pico y el promedio de la señal eléctrica al cuadrado. En tercer lugar, el ancho de banda está limitado a las degradaciones en los dispositivos optoelectrónicos y otras limitaciones (por ejemplo, dispersión modal en enlaces de fibra óptica de corto alcance y distorsión multiparte en enlaces ópticos inalámbricos interiores difusos). En consecuencia, los formatos de modulación coherente y los métodos de forma de pulso diseñados para canales eléctricos convencionales (es decir, sin que la no negatividad esté restringida a la señal transmitida) no se pueden aplicar directamente a los canales de IMDD.

Con el aumento de la demanda de intercambio de datos inalámbricos, también aumenta la tasa de datos para aplicaciones de alcance metropolitano. La Multiplexación por División de Longitud de Onda (WDM) (donde una serie de portadoras ópticas se multiplexan en una sola fibra óptica utilizando diferentes longitudes de onda de luz láser) en las redes de área metropolitana (MAN) es muy sensible a los costes. Por tanto, el coste es el primer punto para el sistema, de modo que la IMDD se ha convertido en el enfoque común para reducir los costes del sistema. Para realizar una transmisión de larga distancia (por ejemplo, mayor que 40 km), se selecciona la banda C debido a la menor pérdida en las ventanas de comunicación. Pero, en los sistemas de IMDD, el fenómeno de desvanecimiento de potencia inducido por la dispersión cromática (CD) reduce considerablemente el rendimiento y hace que sea un desafío realizar transmisiones de altas tasas de datos (por ejemplo, mayores de 40 Gbps) sin fibra de compensación de dispersión (DCF).

La Figura 1 muestra una función de transferencia (relación señal a ruido (SNR) frente a la frecuencia) de una fibra en un sistema de IMDD en la banda C para diferentes distancias de 2 km, 10 km, 40 km y 80 km. Como puede deducirse de la función de transferencia de la Figura 1, el desvanecimiento de potencia inducido por CD resultante conduce a áreas espectrales muy selectivas para la transmisión.

Para reducir la penalización de tal desvanecimiento de potencia, se utilizan comúnmente dos tecnologías. La primera es una tecnología discreta multitono (DMT). DMT divide todo el espectro en cientos de subportadoras y cada subportadora puede considerarse como un solo tono con función de transferencia plana. El formato de modulación y la potencia de las diferentes subportadoras se ajustan de forma independiente. Esta tecnología puede adaptarse bien al sistema.

La Figura 1 muestra una función de transferencia esquemática de la SNR frente a la frecuencia de la subportadora para una tecnología DMT que se adapta bien a la característica general. En base a la forma espectral de la función de transferencia, se utilizan subportadoras con diferentes formatos de modulación (32QAM, 16QAM, 8QAM, QPSK, BPSK). Sin embargo, debido al gran número de subportadoras, la relación de potencia pico a media (PAPR) es muy alta. Esto degradará la sensibilidad o la SNR óptica requerida (OSNR) en los sistemas de IMDD. Además, la posición de las subportadoras es fija, de modo que los sistemas de DMT no son lo suficientemente flexibles.

La segunda tecnología común es un sistema de portadora única con una estimación de secuencia de máxima verosimilitud (MLSE). Esta tecnología puede lograr una PAPR más baja, pero cuando la interferencia entre símbolos (ISI) es larga, la longitud de la memoria también aumenta. Esto conduce a un gran aumento de la complejidad. El documento EP 2.348.661 A1 describe un aparato terminal de comunicación inalámbrica en donde incluso cuando una señal de SC-FDMA se divide en una pluralidad de agrupaciones y la pluralidad de agrupaciones se asigna entonces a las respectivas bandas de frecuencia discontinuas (cuando se utiliza C-SC-FDMA), se puede mantener el efecto de mejora de la capacidad de procesamiento del sistema, mientras que se puede mejorar la capacidad de procesamiento del usuario.

El documento EP 1.533.965 A2 describe un método y un aparato para controlar la modulación adaptativa y la codificación en un sistema de comunicación de OFDM en el que una banda de frecuencia completa se divide en una pluralidad de bandas subportadoras.

Compendio

Es un objeto de la presente invención proporcionar un aparato y un método para realizar la codificación adaptativa para la transmisión de señal a través de un sistema de transmisión, por medio del cual se puede aumentar el rendimiento del sistema en sistemas de transmisión con alto desvanecimiento de potencia.

Los objetos anteriores y otros se consiguen mediante las características de las reivindicaciones independientes. Otras formas de implementación son evidentes a partir de las reivindicaciones dependientes, la descripción y las figuras.

Según un primer aspecto, se proporciona un aparato para realizar codificación adaptativa para la transmisión de señal a través de un sistema de transmisión, dicho aparato que comprende un analizador de espectro para obtener una característica de desvanecimiento de un espectro de transmisión disponible para dicha transmisión de señal; un divisor de espectro para dividir dicho espectro de transmisión disponible en al menos dos subbandas de acuerdo con dicha característica de desvanecimiento; y un selector de modulación para seleccionar un formato de modulación para cada una de dichas al menos dos subbandas en base a una característica de transmisión de la subbanda. Según una primera implementación del aparato según el primer aspecto, el analizador de espectro está adaptado para iniciar la transmisión de una señal de banda ancha y para analizar un espectro de potencia obtenido de la señal de banda ancha para derivar la característica de desvanecimiento. De este modo, la característica de desvanecimiento real se puede medir y analizar directamente para optimizar la operación de adaptación a la característica general actual. Según una segunda implementación del aparato según la primera implementación del primer aspecto o el primer aspecto como tal, el selector de modulación está adaptado para determinar al menos un espectro de potencia de señal y un espectro de potencia de ruido de cada una de las al menos dos subbandas, y seleccionar el formato de modulación para cada una de las al menos dos subbandas en base a un espectro de potencia objetivo deseado. De este modo, se usa un formato de modulación que se adapta bien a la característica de ruido y al espectro de potencia objetivo deseado para cada subbanda respectiva para mejorar el rendimiento de transmisión y permitir la transmisión de tasas de datos más altas.

Según una tercera implementación del aparato según cualquier implementación anterior del primer aspecto o el primer aspecto como tal, el selector de modulación está adaptado para seleccionar el formato de modulación del grupo que comprende al menos una modulación de amplitud en fase, modulación de amplitud en cuadratura, modulación por desplazamiento de fase en cuadratura y modulación por desplazamiento de fase binaria. Estos formatos de modulación específicos pueden adaptarse bien a las diferentes subbandas que surgen del desvanecimiento de potencia inducido por CD en sistemas de IMDD o sistemas de transmisión similares.

Según un segundo aspecto, se proporciona un aparato para realizar una ecualización dúo-binaria adaptativa para la recepción de señal a través de un sistema de transmisión, dicho aparato que comprende un estimador de calidad para estimar la calidad de la señal de los respectivos formatos de modulación diferentes usados en al menos dos subbandas de un espectro de transmisión disponible para dicha recepción de señal; y un selector para seleccionar un método de ecualización para dicha recepción de señal en base a una comparación de las calidades de señal estimadas para dichas al menos dos subbandas. Según una primera implementación del aparato según el segundo aspecto, el estimador de calidad está adaptado para calcular una relación señal a ruido para los diferentes métodos de ecualización. La relación señal a ruido proporciona un parámetro bueno y fiable para estimar la calidad de la señal de los diferentes formatos de modulación y puede usarse como una buena base para comparar las cualidades de la señal de las diferentes subbandas.

Según una segunda implementación del aparato según la primera implementación del segundo aspecto, el selector está adaptado para determinar las respectivas tasas de error de bit para cada uno de los diferentes métodos de ecualización y para seleccionar un método de ecualización que conduce a una tasa de error de bit mínima.

Según una tercera implementación del aparato según la segunda implementación del segundo aspecto, las tasas de error de bit se determinan usando una tabla de búsqueda u otra instalación de almacenamiento en la que las SNR y las tasas de error de bit relacionadas se almacenan para los diferentes métodos de ecualización disponibles. De este modo, la operación de selección se puede facilitar mediante una simple operación de acceso a la memoria y la comparación de los resultados recuperados para los diferentes métodos de ecualización.

Según una cuarta implementación del aparato según cualquier implementación anterior del segundo aspecto como tal, los diferentes métodos de ecualización comprenden un método de ecualización dúo-binaria. Esto proporciona la ventaja de que el método de ecualización dúo-binaria conduce a una mejor coincidencia del sistema, dado que este método de ecualización puede explotar un efecto de filtrado del canal de transmisión para mejorar el rendimiento del sistema.

Según un tercer aspecto, la invención se refiere a un dispositivo transmisor que comprende un aparato según cualquier implementación del primer aspecto o del primer aspecto como tal. Según un cuarto aspecto, la invención se refiere a un dispositivo receptor que comprende un aparato según cualquier implementación del segundo aspecto como tal.

Según un quinto aspecto, se proporciona un método para realizar la codificación adaptativa para la transmisión de señal a través de un sistema de transmisión, dicho método que comprende obtener una característica de desvanecimiento de un espectro de transmisión disponible para dicha transmisión de señal; dividir dicho espectro de transmisión disponible en al menos dos subbandas de acuerdo con la característica de desvanecimiento; y seleccionar un formato de modulación para cada una de dichas al menos dos subbandas en base a una característica de transmisión de la subbanda.

Por consiguiente, en el lado del transmisor, se considera una característica de desvanecimiento obtenida de un espectro de transmisión disponible para la transmisión de señal cuando el espectro de transmisión disponible se divide en al menos dos subbandas y se selecciona un formato de modulación para cada una de las al menos dos subbandas en base a la característica de transmisión de la subbanda. De este modo, la solución propuesta combina las ventajas de la tecnología DMT y de portadora única al proporcionar una coincidencia adaptativa al canal y una PAPR más baja.

Según un sexto aspecto, se proporciona un método para realizar una ecualización dúo-binaria adaptativa para la recepción de señal a través de un sistema de transmisión, dicho método que comprende estimar la calidad de la señal de los respectivos formatos de modulación diferentes usados en al menos dos subbandas de un espectro de transmisión disponible para dicha recepción de señal; y seleccionar un método de ecualización para dicha recepción de señal en base a una comparación de las calidades de señal estimadas para dichas al menos dos subbandas. Por consiguiente, en el lado del receptor, se estima la calidad de la señal de los respectivos formatos de modulación diferentes utilizados en las al menos dos subbandas del espectro de transmisión disponible y se selecciona un método de ecualización para la recepción de señal en base a una comparación de las calidades de señal estimadas para al menos dos subbandas. De este modo, el rendimiento del sistema se puede optimizar haciendo coincidir el método de ecualización con la subbanda respectiva del espectro disponible del sistema de transmisión.

Según un séptimo aspecto, la invención se refiere a un programa informático que comprende un código de programa para realizar los métodos según el quinto o sexto aspectos cuando se ejecuta en un ordenador. Por tanto, los métodos se pueden realizar de forma automática y repetible.

Cabe señalar que el aparato anterior en el lado del transmisor y el aparato anterior en el lado del receptor pueden implementarse en base a circuitería de hardware discreta con componentes de hardware discretos, chips integrados o disposiciones de módulos de chip, o en un dispositivo de procesamiento de señales o chip controlado por una rutina de software o programa almacenado en una memoria, escrito en un medio legible por ordenador o descargado de una red, tal como Internet. Los aparatos anteriores pueden implementarse sin capacidad de transmisión o recepción de señal simplemente para controlar la función de transmisión o recepción de un dispositivo transmisor o dispositivo receptor correspondiente.

El programa informático puede ser ejecutado por el aparato. El aparato puede disponerse de forma programable para ejecutar el programa informático.

Las realizaciones de la invención se pueden implementar en hardware, software o cualquier combinación de los mismos.

Se entenderá además que una realización preferida de la invención también puede ser cualquier combinación de las reivindicaciones dependientes o realizaciones anteriores con la respectiva reivindicación independiente.

Estos y otros aspectos de la invención serán evidentes y se aclararán con referencia a las realizaciones descritas en lo sucesivo.

Breve descripción de los dibujos

En la siguiente parte detallada de la presente descripción, la invención se explicará con más detalle con referencia a las realizaciones ejemplares mostradas en los dibujos, en los que:

La Figura 1 muestra un diagrama con diferentes funciones de transferencia de una fibra óptica para diferentes longitudes en banda C para un sistema de IMDD;

La Figura 2 muestra diagrama con una función de transferencia de una tecnología DMT convencional y diferentes formatos de modulación coincidentes con la función de transferencia;

Las Figuras 3A y 3B muestran las funciones de transferencia de un sistema de IMDD y una señal dúo-binaria multiportadora para diferentes longitudes de fibra;

La Figura 4 muestra un diagrama esquemático de un esquema de ecualización adaptativa según la primera realización;

La Figura 5 muestra un diagrama de bloques esquemático de un proceso de generación de señales de transmisión para una señal de transmisión con diferentes formatos de modulación en diferentes subbandas según una segunda realización;

La Figura 6 muestra un diagrama esquemático de un procedimiento de selección para el método de ecualización adaptativa según una tercera realización preferida;

La Figura 7 muestra un diagrama de bloques esquemático de un sistema de codificación y ecualización adaptativa según una cuarta realización preferida;

La Figura 8 muestra un diagrama de bloques esquemático de un dispositivo transmisor para un sistema de codificación y ecualización adaptativa según una quinta realización; y

La Figura 9 muestra un diagrama de bloques esquemático de un dispositivo receptor para un sistema de codificación y ecualización adaptativa según una sexta realización.

Se utilizan signos de referencia idénticos para características idénticas o al menos funcionalmente equivalentes. Descripción detallada

Se describirán ahora varias realizaciones de la presente invención en base a un sistema de IMDD para una fibra óptica en el rango de frecuencia de la banda C.

En las realizaciones, el espectro de la señal se puede modificar induciendo alguna ISI conocida en un sistema de respuesta parcial (PR). En la señalización de PR, también llamada señalización duo-binaria o codificación correlativa, la idea es introducir una cantidad controlada de ISI en la señal en lugar de intentar eliminarla por completo. Esto se puede compensar en el receptor, logrando de este modo un mejor empaquetado de la tasa de símbolos sin el requisito de filtros irrealizables. La codificación previa se puede utilizar opcionalmente para eliminar la propagación de errores.

Un canal de PR se caracteriza por una función de transferencia que es dependiente de un operador de retardo D. Por ejemplo, el llamado sistema dúo-binario o el sistema de PR de tipo 1 o clase 1 corresponde al caso de una función de transferencia G(D) = 1 D. Un sistema de PR de tipo 1 se puede utilizar en sistemas de comunicación con un ancho de banda más estrecho, tal como la comunicación óptica o los sistemas de filtrado óptico. En este caso, el perfil espectral del canal de PR de tipo 1 es similar al perfil de desvanecimiento de potencia, de modo que cada banda de desvanecimiento se puede utilizar como canal de PR. La señal dúo-binaria es una señal de tres niveles con niveles "-1", "0" y "1", en donde solo pueden ocurrir las secuencias predeterminadas (-1,0, 1) o (1,0, -1), lo que hace que la señal dúo-binaria sea resiliente a la dispersión.

En las realizaciones, se sugiere combinar las ventajas de las tecnologías DMT y de portadora única convencionales para lograr una coincidencia de canal adaptativo con una PAPR baja. En el lado del receptor, la ecualización de PR se puede utilizar para mejorar el rendimiento del sistema. Cuando se transmite una señal distribuida aleatoriamente, las señales llegan a estar relacionadas debido a la respuesta del canal 1 D, lo que conduce a un efecto de filtro adicional y un aumento en las constelaciones de señales en el receptor, como se explica más adelante. El mayor número de constelaciones puede explotarse adoptando codificación y decodificación dúo-binaria para las diferentes subbandas de la función de transferencia mostrada en la Figura 1. De este modo, se puede lograr una PAPR más baja y una flexibilidad más alta.

Las Figuras. 3A y 3B muestran diagramas con funciones de transferencia de un sistema de IMDD y una señal dúobinaria multiportadora para una longitud de fibra de 40 km (Figura 3A) y una longitud de fibra de 80 km (Figura 3B). Como puede deducirse de las Figuras 3A y 3B, la señal dúo-binaria coincide bastante bien con la función de transferencia del sistema. En general, la frecuencia de corte de una señal dúo-binaria es la mitad de la tasa en baudios. Es decir, para el escenario de 40 km de la Figura 3A, la primera frecuencia de corte es de 6,8 GHz, de modo que la tasa en baudios de la primera subbanda es de 13,6 GBd. De manera similar, la tasa en baudios de otras bandas se puede calcular mediante las frecuencias del punto de desvanecimiento vecino, es decir, el punto de frecuencia donde la función de transferencia del sistema de IMDD muestra un mínimo. En telecomunicaciones y electrónica, baudios es la unidad de tasa de símbolos o tasa de modulación en símbolos por segundo o pulsos por segundo. Es el número de cambios de símbolo distintos (eventos de señalización) realizados al medio de transmisión por segundo en una señal modulada digitalmente o un código de línea.

En el caso de una longitud de fibra de 20 km, las frecuencias de desvanecimiento (es decir, frecuencias en los mínimos de la función de transferencia) son 13,6 GHz y 23,9 GHz, de modo que se puedan usar dos subportadoras de 27,2 GBd y 10,3 GBd y modulación de amplitud de pulso (PAM) con cuatro constelaciones (es decir, PAM 4). En este caso, debido al efecto de filtrado adicional del sistema de IMDD, la modulación cambia a duo-binary-PAM4 con siete niveles. Esto significa que el canal de IMDD filtra la señal de PAM4 a duo-binary-PAM4, que se puede aprovechar cuando se utiliza un método de ecualización correspondiente.

La Figura 4 muestra un esquema de ecualización adaptativa según una realización. En el lado del transmisor (Tx), la señal transmitida se divide en tres subbandas para que coincida con el sistema de IMDD. Debido a las diferentes características de las subbandas, se utilizan diferentes formatos de modulación. En la subbanda izquierda, se usa PAM4 con cuatro constelaciones de amplitud diferentes, mientras que en la subbanda media se usa modulación por desplazamiento de fase en cuadratura (QPSK) con cuatro constelaciones diferentes en dominios de fase y amplitud, y en la subbanda derecha, se usa modulación por desplazamiento de fase binaria (BPSK) con dos constelaciones de amplitud. Debido a la CD del canal de IMDD, la señal de transmisión con los diferentes formatos de modulación en las diferentes subbandas será sometida a la función de transferencia con la característica de desvanecimiento específica del sistema de IMDD, de modo que las constelaciones se difuminarán durante la transmisión y la SNR se reducirá si se utiliza un método de ecualización común, como se indica en la parte superior derecha de la Figura 4. Sin embargo, si se utiliza una ecualización dúo-binaria de canal emparejado en el lado del receptor, el número de constelaciones de la señal recibida aumentará y se puede lograr un mejor rendimiento del sistema, como se indica en la parte inferior derecha de la Figura 4.

En el esquema de ecualización adaptativa de la realización de la Figura 4, se puede agregar un filtro de coseno adicional para cada subbanda. Debido al aumento de constelaciones cuando se transmite una señal a través del canal de IMDD, el formato de modulación PAM4 se modifica a un formato de modulación duo-binario-PAM4 con una constelación mejorada de siete niveles. Además, el formato de modulación QPSK se modifica a un formato de modulación 9QAM con 9 puntos de constelación. Debido a la constelación expandida, es posible que sea necesario aumentar la SNR de la subbanda respectiva. Esto significa que el método de ecualización en el lado del receptor depende de la SNR disponible. Por lo tanto, se sugiere seleccionar el método de ecualización en base a la SNR disponible de la subbanda respectiva.

La Figura 5 muestra un diagrama de bloques esquemático del proceso de generación de la señal de transmisión en el lado del transmisor según una realización adicional.

Según la Figura 5, la señal de transmisión consta de cuatro componentes de señal que se transmiten en diferentes subbandas y que se añaden o combinan en un combinador de señales 58 que puede implementarse mediante cualquier etapa o elemento de adición o combinación adecuado para los respectivos rangos de frecuencia. En la rama superior 51, se añade directamente una señal de transmisión con formato de modulación PAM4 y 13,6 GBd sin ninguna etapa de mezcla. En una segunda rama 53, se suministra una señal de transmisión con formato de modulación 16 QAM y 4,9 GBd a un primer mezclador 52 en fase y cuadratura de fase (IQ) con un primer oscilador local con frecuencia de oscilación de 9 GHz. En una tercera rama 55, se suministra una señal de transmisión con formato de modulación QPSK y 3,4 GBd a un segundo mezclador IQ con un segundo oscilador local con una frecuencia de oscilación de 13,4 GHz, y en la cuarta o rama más baja 57, se suministra una señal de transmisión con formato de modulación BPSK y 2,8 GBd a un tercer mezclador IQ 56 con un tercer oscilador local con frecuencia de oscilación de 16,5 GHz. Los mezcladores IQ 52, 54 y 56 sirven para mezclar las señales de la segunda a la cuarta rama 53, 55, 57 en los rangos de frecuencia requeridos de las subbandas utilizadas para la transmisión de los componentes de la señal de transmisión modulada.

La selección de los formatos de modulación para cada una de las subbandas disponibles se puede controlar en base a las características espectrales de cada subbanda para lograr una tasa de datos y/o potencia de transmisión requeridas, como se explica más adelante.

La Figura 6 muestra un diagrama de bloques esquemático de un proceso de selección para métodos de ecualización en el lado del receptor según una realización adicional. Inicialmente, en el paso 62 se transmite una secuencia de entrenamiento a través del canal de transmisión para obtener densidades de espectro de potencia (PSD) S(w) de la señal, N(w) del ruido y R(w) de la señal total incluyendo el ruido, donde el parámetro w designa la frecuencia angular. Luego, en los pasos 64, se calculan las relaciones señal a ruido SNR0 a SNRi para todos los candidatos disponibles de métodos de ecualización que se pueden usar en el lado del receptor. Para cada uno de estos candidatos de ecualización, se proporcionan diferentes PSD objetivo T0(w), T1(w) ... Ti(w), sobre la base de que los valores de SNR se calculan utilizando las ecuaciones respectivas indicadas en los bloques de los pasos 64. Luego, en los pasos 66, para cada candidato de métodos de ecualización disponibles, se determinan las tasas de error de bit (BER) BER0 a BERi en base a la SNR0 a SNRi obtenida y una relación conocida o medida entre la SNR y la BER. Esto se puede lograr utilizando una fórmula correspondiente o leyendo el valor respectivo de una tabla de búsqueda (LUT) donde se almacenan los valores de SNR y los valores de BER correspondientes. Finalmente, en el paso 68, se selecciona el método de ecualización con el valor de BER mínimo para la subbanda respectiva.

Por tanto, la relación de BER-SNR se puede utilizar para seleccionar el método de ecualización con la BER mínima, suponiendo que la respectiva SNR se obtiene mediante un perfil de ancho de filtrado coincidente F(w) = T(w)/R(w). La Figura 7 muestra un diagrama de bloques esquemático de todo un proceso de codificación y ecualización adaptativa que incluye el lado de transmisión y recepción, según una realización adicional.

En un primer paso 70, se transmite una señal de banda ancha a través del canal de transmisión y la PSD obtenida en el lado de recepción se analiza en el paso 71 para obtener la información de subbanda respectiva que indica la característica de desvanecimiento del canal de transmisión. Más específicamente, la PSD o una transformada rápida de Fourier (FFT) de la misma puede analizarse para encontrar valores mínimos de la función de transferencia. En base a estos valores mínimos, la tasa en baudios para la primera subbanda se puede obtener como el valor de frecuencia doble del primer valor mínimo, la tasa en baudios de la segunda subbanda se puede obtener restando el valor de frecuencia del primer valor mínimo del valor de frecuencia del segundo valor mínimo, y así sucesivamente. Luego, en el paso 72, se transmite una secuencia de entrenamiento para cada subbanda, y en base a una distribución de SNR obtenida analizando la secuencia de entrenamiento, el cálculo de SNR y la selección del método de ecualización respectivo se realizan en el paso 73. Luego, en el paso 74, se selecciona un formato de modulación y la potencia de transmisión se ajusta en base a la característica de desvanecimiento de cada subbanda para obtener un rendimiento de transmisión óptimo para cada subbanda. Finalmente, en el paso 75, se aplica el método de ecualización seleccionado y se obtiene el valor de BER real contando los errores de bit.

La Figura 8 muestra un diagrama de bloques esquemático de un dispositivo transmisor 800 según una realización adicional.

Una señal de transmisión de banda base a ser transmitida a través del canal de IMDD se modula en un modulador 802 de acuerdo con un formato de modulación seleccionado y se suministra a un transmisor (Tx) 804 para ser transmitida a través del canal de IMDD. Se proporciona un analizador de espectro (SA) 806 para obtener una característica de desvanecimiento de un espectro de transmisión disponible para la transmisión de señal. La característica de desvanecimiento obtenida por el analizador de espectro 806 se suministra a un divisor de espectro (SD) 807 que está adaptado para dividir el espectro de transmisión disponible en al menos dos subbandas de acuerdo con la característica de desvanecimiento recibida. Luego, un selector de modulación (MS) 808 se adapta para seleccionar un formato de modulación para cada una de las al menos dos subbandas en base a las características de transmisión respectivas de la subbanda. El selector de modulación 808 controla el modulador 802 para proporcionar el formato de modulación seleccionado para cada una de las subbandas. Esto se puede lograr suministrando las señales de control correspondientes a un procesador de señal que procesa la señal de banda base para ser suministrada a los respectivos mezcladores IQ de forma similar al diagrama esquemático de la Figura 5.

En un ejemplo más específico, el analizador de espectro 806 puede adaptarse para iniciar la transmisión de una señal de banda ancha y analizar un espectro de potencia obtenido de la señal de banda ancha para derivar la característica de desvanecimiento que indica las subbandas disponibles.

Además, el selector de modulación 808 puede adaptarse para determinar al menos un espectro de potencia de señal y un espectro de potencia de ruido de cada una de las al menos dos subbandas, y para seleccionar el formato de modulación para cada una de las al menos dos subbandas en base a un espectro de potencia objetivo deseado para obtener una tasa de transmisión de datos y una potencia de transmisión deseadas. El selector de modulación 808 puede adaptarse además para seleccionar el formato de modulación de un grupo que comprende al menos PAM, modulación de amplitud en cuadratura (QAM), QPSK y BPSK.

La Figura 9 muestra un diagrama de flujo esquemático de un dispositivo receptor 900 según una realización preferida adicional. Una señal de transmisión recibida a través de un canal de transmisión se suministra a un receptor (Rx) 902 que está adaptado para obtener una información de señal transportada por una señal de transmisión. La información de señal obtenida se suministra a un ecualizador (EQ) 904 que procesa la información recibida en base a un método de ecualización seleccionado para reducir la tasa de error de la información recibida y obtener un buen valor de SNR. La señal procesada se suministra luego a un demodulador 906 que demodula la información recibida para obtener la señal de banda base original. La selección del método de ecualización usado en el ecualizador 904 se basa en un estimador de calidad (QE) 907 que está adaptado para estimar la calidad de señal de los respectivos formatos de modulación diferentes usados en las al menos dos subbandas del espectro de transmisión disponible. La calidad de señal estimada se suministra luego a un selector de método de ecualización (ES) 908 que está adaptado para seleccionar el método de ecualización respectivo para cada subbanda en base a una comparación de las calidades de señal estimadas para las al menos dos subbandas. Según un ejemplo específico, el estimador de calidad 907 puede adaptarse para calcular un valor de SNR para los diferentes métodos de ecualización. Entonces, las calidades de señal requeridas para cada método de ecualización pueden obtenerse determinando las tasas de error de bit respectivas para cada uno de los diferentes métodos de ecualización, en donde el selector 908 puede adaptarse para seleccionar el método de ecualización que conduce a una BER mínima en la subbanda respectiva.

Por tanto, según las realizaciones anteriores, el formato de modulación y/o la potencia se ajusta para cumplir los requisitos del sistema de transmisión, tales como la tasa de datos y la potencia de transmisión total. En el lado del receptor, se elige el método de ecualización más adecuado para cada subbanda para mejorar el rendimiento del sistema. En el caso de un canal de transmisión con característica de desvanecimiento, se puede utilizar la ecualización dúo-binaria para mejorar el rendimiento del sistema. Puede ser necesario un proceso de desmapeado adicional para recuperar la señal después de la ecualización para que coincida con la señal transmitida originalmente.

El enfoque de ecualización y codificación adaptativa emparejada con el sistema propuesto conduce por tanto a la ventaja de que se puede proporcionar una PAPR más baja y el número de subbandas se puede mantener mucho más pequeño que en el sistema de DMT convencional. Además, la tasa en baudios de la señal de transmisión de cada subbanda se puede ajustar de manera flexible y se pueden soportar formatos de modulación de alto orden dependiendo de las características de transferencia de cada subbanda.

En resumen, la presente invención se refiere a un aparato y método para realizar la codificación adaptativa para la transmisión de señal a través de un sistema de transmisión, en donde se obtiene una característica de desvanecimiento de un espectro de transmisión disponible para la transmisión de la señal y el espectro de transmisión disponible se divide en al menos dos subbandas de acuerdo con la característica de desvanecimiento. Luego, se selecciona un formato de modulación para cada una de las al menos dos subbandas en base a la característica de transmisión de la subbanda. En el lado del receptor, se estima la calidad de señal de los respectivos formatos de modulación diferentes utilizados en las al menos dos subbandas del espectro de transmisión disponible y se selecciona un método de ecualización para la recepción de señal en base a una comparación de las calidades de señal estimadas para las al menos dos subbandas.

Si bien la invención se ha ilustrado y descrito en detalle en los dibujos y la descripción anterior, tal ilustración y descripción se han de considerar ilustrativas o ejemplares y no restrictivas. La invención no se limita a las realizaciones descritas. A partir de la lectura de la presente descripción, otras modificaciones serán evidentes para una persona experta en la técnica. Tales modificaciones pueden implicar otras características que ya se conocen en la técnica y que pueden usarse en lugar o además de las características ya descritas en la presente memoria. En particular, la presente invención se puede aplicar a cualquier sistema de transmisión en el que el espectro de transmisión disponible se pueda dividir en subbandas debido a los mínimos respectivos de la característica de transferencia. Más específicamente, el sistema de transmisión no está restringido a un sistema de transmisión óptica. Por el contrario, la presente invención se puede aplicar a cualquier sistema de transmisión por cable o inalámbrico. El dispositivo transmisor y receptor del sistema propuesto se puede implementar en hardware discreto o en base a rutinas de software para controlar procesadores de señal en el lado de transmisión y recepción.

La invención se ha descrito junto con varias realizaciones en la presente memoria. Sin embargo, los expertos en la técnica pueden comprender y efectuar otras variaciones de las realizaciones descritas al poner en práctica la invención reivindicada, a partir de un estudio de los dibujos, la descripción y las reivindicaciones adjuntas. En las reivindicaciones, la palabra "que comprende" no excluye otros elementos o pasos, y el artículo indefinido "un" o "una" no excluye una pluralidad. Un solo procesador u otra unidad puede cumplir las funciones de varios elementos enumerados en las reivindicaciones. El mero hecho de que se mencionen ciertas medidas en reivindicaciones dependientes mutuamente diferentes no indica que una combinación de estas medidas no pueda utilizarse ventajosamente. Un programa informático puede almacenarse/distribuirse en un medio adecuado, tal como un medio de almacenamiento óptico o un medio de estado sólido suministrado junto con o como parte de otro hardware, pero también puede distribuirse en otras formas, tales como a través de Internet o otros sistemas de telecomunicaciones por cable o inalámbricos.

Aunque la presente invención se ha descrito con referencia a características específicas y realizaciones de la misma, es evidente que se pueden realizar diversas modificaciones y combinaciones a la misma sin apartarse del alcance de la invención. Por consiguiente, la memoria descriptiva y los dibujos se han de considerar simplemente como una ilustración de la invención tal como se define en las reivindicaciones adjuntas, y se contempla que cubran todas y cada una de las modificaciones, variaciones, combinaciones o equivalentes que caigan dentro del alcance de las reivindicaciones adjuntas.

Lista de abreviaturas

BER tasa de error de bit

BPSK modulación por desplazamiento de fase binaria

CD dispersión cromática

DCF fibra de compensación de dispersión

DMT multitono discreto

EQ ecualizador

ES selector de método de ecualización

FFT transformada rápida de Fourier

IM modulación de intensidad

IMDD modulación de intensidad con detección directa

IQ en fase y en cuadratura

ISI interferencia entre símbolos

LUT tabla de búsqueda

MAN red de área metropolitana

MLSE estimación de secuencia de máxima verosimilitud MS selección de modulación

OSNR SNR óptica

PAM modulación de amplitud de pulso

PAPR ración de potencia pico a media

PR respuesta parcial

PSD densidades de espectro de potencia

QAM modulación de amplitud de cuadratura

QE estimador de calidad

QPSK modulación por desplazamiento de fase en cuadratura Rx receptor

SA analizador de espectro

SD divisor de espectro

SNR ración de señal a ruido

Tx transmisor

WDM multiplexación por división de longitud de onda

Claims (15)

REIVINDICACIONES

1. Un aparato para realizar codificación dúo-binaria adaptativa para la transmisión de señal a través de un sistema de transmisión de respuesta parcial, PR, en donde en el sistema de transmisión de PR, un canal de PR se especifica mediante una función de transferencia que es dependiente de un operador de retardo D, comprendiendo dicho aparato:

un analizador de espectro (806) para obtener una característica de desvanecimiento de un espectro de transmisión disponible para dicha transmisión de señal;

un divisor de espectro (807) para dividir dicho espectro de transmisión disponible en al menos dos subbandas de acuerdo con dicha característica de desvanecimiento, en donde se analiza una densidad de espectro de potencia, PSD, o una transformada rápida de Fourier, FFT, del canal de PR para encontrar valores mínimos de la función de transferencia, en base a estos valores mínimos, la tasa en baudios para la primera subbanda se obtiene como el valor de frecuencia doble de un primer valor mínimo, la tasa en baudios de la segunda subbanda se obtiene restando el valor de frecuencia del primer valor mínimo a partir del valor de frecuencia de un segundo valor mínimo; y

un selector de modulación (808) para seleccionar un formato de modulación para cada una de dichas al menos dos subbandas en base a una característica de transmisión de la subbanda.

2. El aparato según la reivindicación 1, en donde dicho analizador de espectro (806) está adaptado para iniciar la transmisión de una señal de banda ancha y para analizar un espectro de potencia obtenido de dicha señal de banda ancha para derivar dicha característica de desvanecimiento.

3. El aparato según la reivindicación 1 o 2, en donde dicho selector de modulación (808) está adaptado para determinar al menos un espectro de potencia de señal y un espectro de potencia de ruido de cada una de dichas al menos dos subbandas, y para seleccionar dicho formato de modulación para cada una de dichas al menos al menos dos subbandas en base a un espectro de potencia objetivo deseado.

4. El aparato según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde dicho selector de modulación (808) está adaptado para seleccionar dicho formato de modulación de un grupo que comprende al menos modulación de amplitud de fase, modulación de amplitud en cuadratura, modulación por desplazamiento de fase en cuadratura y modulación por desplazamiento de fase binaria.

5. Un aparato para realizar una ecualización dúo-binaria adaptativa para la recepción de señal a través de un sistema de transmisión de respuesta parcial, PR, en donde en el sistema de transmisión de PR, un canal de PR se especifica mediante una función de transferencia que es dependiente de un operador de retardo D, comprendiendo dicho aparato:

un estimador de calidad (907) para estimar la calidad de la señal de los respectivos formatos de modulación diferentes utilizados en al menos dos subbandas de un espectro de transmisión disponible para dicha recepción de señal, en donde una densidad de espectro de potencia, PSD, o una transformada rápida de Fourier, FFT, del canal de PR se analiza para encontrar los valores mínimos de la función de transferencia, en base a estos valores mínimos, la tasa en baudios para la primera subbanda se obtiene como el valor de frecuencia doble de un primer valor mínimo, la tasa en baudios de la segunda subbanda se obtiene restando el valor de frecuencia del primer valor mínimo del valor de frecuencia de un segundo valor mínimo; y

un selector (908) para seleccionar un método de ecualización dúo-binario para dicha recepción de señal en base a una comparación de las calidades de señal estimadas para dichas al menos dos subbandas.

6. El aparato según la reivindicación 5, en donde dicho estimador de calidad (907) está adaptado para calcular una relación señal a ruido para dichos diferentes métodos de ecualización.

7. El aparato según la reivindicación 6, en donde dicho selector (908) está adaptado para determinar las tasas de error de bit respectivas para cada uno de dichos métodos de ecualización diferentes y para seleccionar un método de ecualización que conduce a una tasa de error de bit mínima.

8. El aparato según la reivindicación 7, en donde dicho selector (908) está adaptado para determinar dichas tasas de error de bit utilizando una tabla de búsqueda en la que se almacenan las relaciones señal a ruido y las tasas de error de bit relacionadas para dichos métodos de ecualización diferentes.

9. El aparato según cualquiera de las reivindicaciones 5 a 8, en donde dichos métodos de ecualización diferentes comprenden una ecualización dúo-binaria.

10. Un dispositivo transmisor (800) que comprende el aparato según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4.

11. Un dispositivo receptor (900) que comprende el aparato según cualquiera de las reivindicaciones 5 a 9.

12. Un sistema de transmisión que comprende al menos un dispositivo transmisor (800) según la reivindicación 10 y al menos un dispositivo receptor (900) según la reivindicación 11.

13. Un método para realizar codificación dúo-binaria adaptativa para la transmisión de señal a través de un sistema de transmisión de respuesta parcial, PR, en donde en el sistema de transmisión de PR, un canal de PR se especifica mediante una función de transferencia que es dependiente de un operador de retardo D, comprendiendo dicho método:

obtener una característica de desvanecimiento de un espectro de transmisión disponible para dicha transmisión de señal;

dividir dicho espectro de transmisión disponible en al menos dos subbandas de acuerdo con la característica de desvanecimiento, en donde se analiza una densidad de espectro de potencia, PSD, o una transformada rápida de Fourier, FFT, del canal de PR para encontrar los valores mínimos de la función de transferencia, en base a estos valores mínimos, la tasa en baudios para la primera subbanda se obtiene como el valor de frecuencia doble de un primer valor mínimo, la tasa en baudios de la segunda subbanda se obtiene restando el valor de frecuencia del primer valor mínimo del valor de frecuencia de un segundo valor mínimo; y

seleccionar un formato de modulación para cada una de dichas al menos dos subbandas en base a una característica de transmisión de la subbanda.

14. Un método para realizar una ecualización dúo-binaria adaptativa para la recepción de señal a través de un sistema de transmisión de respuesta parcial, PR, en donde en el sistema de transmisión de PR, un canal de PR se especifica mediante una función de transferencia que es dependiente de un operador de retardo D, comprendiendo dicho método:

estimar la calidad de señal de los respectivos formatos de modulación diferentes utilizados en al menos dos subbandas de un espectro de transmisión disponible para dicha recepción de señal, en donde se analiza una densidad de espectro de potencia, PSD, o una transformada rápida de Fourier, FFT, del canal de PR para encontrar los valores mínimos de la función de transferencia, en base a estos valores mínimos, la tasa en baudios para la primera subbanda se obtiene como el valor de frecuencia doble de un primer valor mínimo, la tasa en baudios de la segunda subbanda se obtiene restando el valor de frecuencia del primer valor mínimo del valor de frecuencia de un segundo valor mínimo; y

seleccionar un método de ecualización dúo-binario para dicha recepción de señal en base a una comparación de las calidades de señal estimadas para dichas al menos dos subbandas.

15. Un programa informático que comprende instrucciones que, cuando el programa es ejecutado por un ordenador, hacen que el ordenador lleve a cabo los pasos del método de las reivindicaciones 13 o 14.