HERNANZ CHILOECHES DANIEL
BERIAN MUGICA JESUS
LILLO RODRIGUEZ DIEGO
| US20030138063A1 | 2003-07-24 | |||
| US5341177A | 1994-08-23 | |||
| US4089061A | 1978-05-09 | |||
| US5559723A | 1996-09-24 |
| 1. | Dispositivo y método de ecualización de la distorsion del canal de transmisión en sistemas de comunicación por multiplexación en el tiempo mediante conjunto de secuencias complementarias, caracterizado por que el dispositivo, emisorreceptor, permite emitir senales a través de un medio fisico que comprende la generation de conjunto de secuencias complementarias cuya principal propiedad consiste en que el sumatorio de las autocorrelaciones fII t de las secuencias que forman el conjunto es una delta de Kronecker. |
| 2. | Dispositivo y método de ecualización de la distorsion del canal de transmisión en sistemas de comunicación por multiplexación en el tiempo mediante conjunto de secuencias complementarias, caracterizado por la reivindicación primera y ademas porque las secuencias complementarias utilizadas tienen las siguientes caracteristicas : Cualquier longitud L. Se emiten utilizando cualquier anchura de simbolo, T, con cualquier amplitud y con cualquier nivel de sobremuestreo. Se emiten en paralelo con otros conjuntos de secuencias complementarias o no a las anteriores. Se emiten simultaneamente utilizando una modulation de frecuencia, fase o amplitud, o combinaciones de estas. |
| 3. | Dispositivo y método de ecualización de la distortion del canal de transmisión en sistemas de comunicación por multiplexación en el tiempo mediante conjunto de secuencias complementarias, caracterizado por las reivindicaciones anteriores y ademas porque las secuencias complementarias se emiten y reciben, después de propagarse a través del medio, utilizando cualquier tipo de transductor o antena. |
| 4. | Dispositivo y método de ecualización de la distorsion del canal de transmisión en sistemas de comunicación por multiplexación en el tiempo mediante conjunto de secuencias complementarias, caracterizado por las reivindicaciones anteriores y ademas porque el método esta basado en la extraction de información obtenida mediante la transmisión de una delta de Kronecker codificada mediante secuencias complementarias transmitidas simultáneamente a un medio fisico que, al ser recibidas en un receptor, este obtiene datos de la distorsion producida y que son empleados para disenar los filtros ecualizadores que permiten compensar dicha distorsion. |
| 5. | Dispositivo y método de ecualización de la distorsion del canal de transmisión en sistemas de comunicación por multiplexación en el tiempo mediante conjunto de secuencias complementarias, caracterizado por las reivindicaciones anteriores y ademas porque las secuencias complementarias se utilizan para transmitir senales a un medio con el fin de obtener una respuesta impulsional h [n] o respuesta en frecuencia H (O). |
| 6. | Dispositivo y método de ecualización de la distorsion del canal de transmisión en sistemas de comunicación por multiplexación en el tiempo mediante conjunto de secuencias complementarias, caracterizado por las reivindicaciones la y 5a y ademas porque el método codifica una o mas deltas de Krönecker con identical o distintas amplitudes y cualquier combinación temporal y frecuencial con objeto de implementar en el dispositivo. |
| 7. | Dispositivo y método de ecualización de la distorsion del canal de transmisión en sistemas de comunicación por multiplexación en el tiempo mediante conjunto de secuencias complementarias, caracterizado por las reivindicaciones anteriores y edemas porque el método para generar la codificación con secuencias complementarias al objeto de implementación comprende al menos: La convolucion, utilizando cualquier metodo, de la senal de entrada con cada una de las secuencias complementarias que componen el conjunto. La emision de las senales resultantes de la convolución. |
| 8. | Dispositivo y método de ecualización de la distorsion del canal de transmisión en sistemas de comunicación por multiplexación en el tiempo mediante conjunto de secuencias complementarias, caracterizado por las reivindicaciones anteriores y ademas porque el método para obtener los coeficientes de la distorsion temporal o frecuencial, mediante la decodificación con secuencias complementarias comprende al menos: La correlación o filtrado adaptado, utilizando cualquier metodo, de las senales recibidas a la entrada del decodificador con cada una de las secuencias complementarias que componen el conjunto utilizado en la emision. La suma de los resultados de las correlaciones resultantes para obtention de las caracteristicas del medio. Almacenamiento en una memoria de dicho resultado para su posterior procesado. |
| 9. | Dispositivo y método de ecualización de la distorsion del canal de transmisión en sistemas de comunicación por multiplexación en el tiempo mediante conjunto de secuencias complementarias, caracterizado por las reivindicaciones anteriores y ademas porque para ecualizar los datos recibidos comprende al menos: La decodificación de la reivindicación 8a, y su aplicación como coeficientes del filtro inverso"postecualizador"que corrige la distorsion o interferencia entre simbolos (ISI)"postcursor"debida a los simbolos posteriores al instante de la decision. La resolucion de un sistema de ecuaciones y su aplicación como coeficientes del filtro inverso"preecualizador"que corrige la distorsion o interferencia entre simbolos (ISI)"precursor"debido a los simbolos anteriores al instante de la decision. La aplicación iterativamente, es decir tantas veces como sea necesario, de los dos apartados anteriores hasta obtener una mejora en la ecualización dentro de ciertos limites definidos por el sistema. |
| 10. | Dispositivo y método de ecualización de la distorsion del canal de transmisión en sistemas de comunicación por multiplexación en el tiempo mediante conjunto de secuencias complementarias, caracterizado por la reivindicación 9a y ademas porque para resolver el sistema de ecuaciones planteado en la reivindicación anterior y obtener los coeficientes del filtro "preecualizador"se necesita al menos: La introducción de los datos recuperados, tras la fase de postecualizacion, invertidos en el tiempo, a un banco de N registros, dependiendo N del orden del sistema de ecuaciones a resolver. * La connexion en cascada de los registros de datos que conforman el banco de registros y su puesta a cero inicial. La utilización de registros auxiliares para almacenar los N2 coeficientes obtenidos en los sucesivos ciclos del proceso, y su puesta a cero inicial. La realización a cada ciclo de reloj, k, de la suma de todos los productos correspondientes a los valores calculados en el ciclo anterior, hE [k1], que se encuentran en los registros auxiliares, por los datos dR [k+l], que se encuentran dentro de los registros de datos, cambiados de signo, obteniendo asi el valor del coeficiente hE[k]. # El almacenamiento, a cada ciclo de reloj, de los resultados calculados hE [k], en los registros auxiliares correspondientes, para ser empleados en el siguiente ciclo. # La conexión del primer registro, entrada del banco de registros, con un multiplexor que permite controlar el cambio de signo de la senau con la que procesa el sistema descrito. |
ANTECEDENTES DE LA INVENCION Los sistemas de comunicación, analisis espectral, RADAR y SONAR transmiten una senal que llega, reflejada o no, al receptor después de atravesar un medio de transmisión. Este medio se comporta como un filtro lineal con una respuesta al impulso en frecuencia H (a) o temporal h [n].
Para posibilitar el proceso de recuperación de la información emitida, en la mayoria de los sistemas de comunicación se hace indispensable eliminar los efectos producidos por el medio de transmisión en la senal emitida s [n]. Este proceso se conoce como ecualización. La respuesta en frecuencia zambien puede utilizarse para hacer un analisis espectral del medio y asi obtener informacion
de las propiedades fisicas del mismo.
El canal actua como un filtro y distorsiona la senal. A esto hay que anadir el ruido, n [n], debido a perturbaciones en el canal, ruido térmico u otras senales que interfieren con las emitidas. En conclusion, la senal recibida, r [n], puede modelarse como: r[n] = s[n]*h[n] + n[n] (1) donde * denota una convolución.
Para eliminar la distorsion introducida por el medio en la senal hace falta un filtro con una respuesta impulsional, f [n], tal que: r[n]*f[n] # s[n] (2) es decir, que la senal recibida sea lo mas parecida posible a la emitida. Esto nunca se cumple del todo debido a que con la ecualización no se elimina el ruido, n [n], ni la distorsion completamente.
Para conseguir que la ecualización sea lo mejor posible es necesario conocer el medio a priori. Es decir, es imprescindible analizar la h [n] del medio para poder contrarrestar los efectos de distorsion. Existen dos métodos para alcanzar ese objetivo: Ecualizadores estaticos : sus propiedades no cambian con el tiempo.
Ecualizadores adaptativos : se adapta a las variaciones temporales de la distorsion del medio.
El principal problema de los primeros es que son mas genéricos y no solucionan los problemas particulares de cada situation.
Los ecualizadores adaptativos responden mejor ante variaciones del medio, pero su implementación es mas complicada y son muy sensibles al ruido.
Tanto para unos como para otros sigue siendo indispensable el conocimiento del medio de transmisión.
Cuanto mejor pueda modelarse este mayor precision se conseguirá a la hora de restaurar la senal emitida.
El método ideal para el analisis del medio consiste en transmitir una delta y analizar lo que se recibe, es decir obtener la respuesta al impulso. Digitalmente esto se consigue emitiendo una delta de Kronecker, b [n]: Como se observa, la senal recibida tiene informacion de la respuesta impulsional, h [n], contaminada con ruido aditivo.
Esa información puede ser obtenida mediante la utilización de secuencias complementarias tal como se explica en la patente espanola P200201151,"Metodo de estimation optima del espectro de transmisión mediante modulation simultane de secuencias complementarias". Sin embargo, en ella no se explica como utilizar dicha información para corregir las distorsiones del medio sobre los datos.
De todo lo anterior se deduce la necesidad de una técnica que permita utilizar la información obtenida del medio para corregir los efectos de distorsion en los datos transmitidos.
No se conoce la existencia de patente o modelo de utilidad alguno, cuyas caracteristicas sean el objeto de la presente invencion.
DESCRIPCION DE LA INVENCION La invention que se presenta utiliza el resultado obtenido por el método descrito en P200201151 para ecualizar los datos recibidos en un sistema de comunicación basado en GCM/OTDM (Golay Coding Modulation/Orthogonal Time Division Multiplexing) como el que se describe en la patente espanola P200002086 de 16 de agosto de 2000, "Metodo, transmisor y receptor para comunicaciones de espectro ensanchado mediante modulation de secuencias complementarias Golay".
En resumen, el proceso de obtention de la información y su posterior tratamiento, a partir de la senal recibida, se describe a continuación.
En primer lugar, se genera un preámbulo que nos permitirá sincronizarnos y posteriormente obtener la información del medio necesaria para la correction de los datos recibidos. E1 preámbulo se estructura tal como aparece en la figura 1.
El intervalo 1 corresponde al intervalo de sincronización, durante el cual el sistema de reception se sincroniza con el de transmisión. Una vez sincronizado, el intervalo 2 corresponde a la extraction de la información
de distorsion del medio sobre los datos recibidos posteriormente durante el intervalo 3. Para ello se envia al menos un impulso d [n] codificado mediante un par de secuencias complementarias mediante la convolución con, al menos, un par de secuencias complementarias (A, B).
El resultado simplificado de este proceso, en el dominio de la frecuencia, es el siguiente: Tx(#) = A(#)*cos#Ct + B(#)*sen#Ct (4) El efecto es modular ambas secuencias en cuadratura a la frecuencia central Me. Al ser transmitidas al medio H (), en reception obtenemos: Rx () [A(#)*cos#Ct + B(#)*sen#Ct]#H(#) + N(#) (5) Dado que la demodulación de esta etapa es coherente, pues el sistema esta sincronizado, extraemos las siguientes fases en cuadratura: (5) En el proceso de demodulación, suponiendo que estamos ya sincronizados, aparece una componente en 2oc que es filtrada paso bajo, obteniendo solo las bandas bases <BR> <BR> originales convolucionadas con dos nuevos medios, HQ (co) y<BR> <BR> <BR> <BR> <BR> <BR> <BR> <BR> <BR> <BR> <BR> <BR> <BR> DRI(#) = A(#)#HI(#) + NI(#)<BR> (6)<BR> <BR> <BR> <BR> DRQ(#) = B(#)#HQ(#) + NQ(#) siendo NQ(#) y NI(#) el ruido de entrada modulado a la frecuencia central. Ahora aplicamos la correlación con las
secuencias transmitidas: <BR> <BR> <BR> <BR> DRI(#) = A(#)#A(-#)#HI(#) + NI(#)#A(-#)<BR> (7)<BR> <BR> DRQ(#) = B(#)#B(-#)#HQ(#) + NQ(#)#B(-#) Evidentemente, el objetivo de esta etapa seria <BR> <BR> <BR> extraer los coeficientes de Hx (#) y HQ(#), y ecualizar ambas fases independientemente, sin embargo, dado que los datos estan codificados de manera que la suma de ambas fases debe dar una delta de Kronecker, deberemos ecualizar la siguiente expression suma: <BR> <BR> <BR> <BR> D (oui) = A(#)#A(-#)#HI(#) + NI(#)#A(-#) + B(#)#B(-#)#HQ(#) + NQ(#)#B(-#) (8) Para entender el proceso siguiente debemos indicar que la principal propiedad de las secuencias empleadas en esta invention es que poseen una caracteristica de autocorrelación ideal, es decir corresponde a una delta de Krönecker perfecta de modo que cumplen: siendo ßii las autocorrelaciones individuales de cada una de las M secuencias complementarias, de longitud L, elegidas. Particularizado para el caso de pares de secuencias complementarias Golay (A, B): La generation de tales secuencias se realiza a partir de los llamados kernel basicos conocidos hasta la fecha de 2,10 y 26 bits (las reglas de generation de
secuencias Golay se discuten en el articulo titulado "Complementary Sequences"de M. J. E. Golay, publicado en IRE Transactions on Information Theory, vol. IT-7, p. p. 82- 87, abril de 1961).
Una vez muestreada la anterior expression a la frecuencia de simbolo (figura 2), y dadas las propiedades de las secuencias complementarias descritas, consideraremos que (8) puede volver a escribirse en el tiempo discreto como : dR[n] = 2L#[n]* hT[n] + nT[n]# (11) siendo hrffn7 una nueva function de transferencia del medio que distorsiona los datos transmitidos.
La respuesta distorsionada puede ser expresada matemáticamente segun la expression : En esta expression el primer termine representa el simbolo en el instante k, el segundo termine corresponde a la interferencia entre simbolos adyacentes"precursor", el segundo termine corresponde a la interferencia entre simbolos adyacentes"postcursor"y, por ultimo, nT corresponde al ruido obtenido a la salida del proceso de demodulación Para ecualizar el canal lo dividiremos en dos etapas (figura 2 y 3): Ecualización postcursor (despues del maxim de la respuesta muestreada del canal).
Ecualización precursor (antes del maximo de la respuesta muestreada del canal).
La etapa postcursor, consiste en la eliminación completa de la interferencia entre simbolos (ISI) adyacentes que se encuentran a la"derecha", en el tiempo, del simbolo k. Esta cancelación corresponde a una aproximación de ecualizador lineal por"zero-forcing", o todo ceros. Aqui, el simbolo deseado es s [k] donde k representa la muestra k-ésima de una secuencia infinita de simbolos.
Si consideramos la respuesta al impulso causal de duration finita M, el ecualizador"postcursor"ideal correspondera a: De la expression (11), es evidente que las muestras adquiridas dRr [n] corresponden con la function de transferencia del medio hrffnj multiplicadas por un factor dependiente de la longitud de las secuencias, sumado un ruido dado, y por tanto coinciden con un estimador de los coeficientes del filtro que modela el medio de transmisión hT [n]. Sustituyendo y aplicando transformada z, la respuesta del ecualizador corresponde a la siguiente expression :
Asi pues, el proceso de ecualizacion"postcursor" sera aplicar el filtro anterior a la serial procesada recibida, lo que nos permitirá eliminar la interferencia entre simbolos"postcursor". El filtro puede implementarse digitalmente de manera simple mediante cualquiera de las estructuras directas existentes. El resultado de filtrar la senal dE mediante el filtro (14) corresponderi a una senal que denominaremos dE[[n] y que, idealmente, no poseera interferencia"postcursor" Una vez eliminada la interferencia"postcursor" debemos eliminar la interferencia"precursor". Suponiendo que la duration del"precursor"es N, y que dEff07 coincide con el maximo de la senal (que debe ser 1 al aplicar el filtro (14)). La ecualización se lleva a cabo mediante un filtro FIR. Los coeficientes del filtro, hF[[n]. se extraen de la resolution de un sistema de N ecuaciones con N incognitos definido por: El valor de N siempre es superior o igual a la longitud de las secuencias empleadas. La resolution de este sistema de ecuaciones es directa, debido a que por debajo de su diagonal principal todos los valores son cero y, ademas, hF [IN-11=1- Puesto que el resultado de ambos procesos no es ideal debido a ruidos, efectos de cuantificación,
redondeos, etc. , si aplicamos esta técnica iterativamente se obtiene una ecualización que mejora a cada iteración.
Esta técnica permite ecualizar cualquier canal lineal, incluyendo cualquier efecto de distorsion como, efectos de debidos a caminos multiples, reflexiones, circuitos y filtros no ideales, etc. Obviamente, la selection de la longitud de los filtros N y M dependera de la longitud de la respuesta del canal, y de la longitud de las secuencias empleadas.
Como conclusion puede afirmarse que la invention que se describe constituye un potente sistema de ecualización de la distorsion en sistemas de comunicación, especialmente orientado a técnicas GCM/OTDM y sus variantes.
BREVE DESCRIPCION DE LOS DIBUJOS La figura 1. -Muestra el preámbulo generado para la extraction de la información de distorsion : 1. En esta fase el receptor se sincroniza con el transmisor en fase, tiempo y simbolo, de manera que en la etapa siguiente el receptor conoce exactamente donde comienzan los datos recibidos de ecualizacion.
2. En esta fase se realiza una demodulación sincrona o coherente, debido al conocimiento en la fase anterior de la información de sincronismo, de manera que se obtienen los coeficientes de los filtros ecualizadores.
3. En esta ultima fase, se aplican los filtros ecualizadores obtenidos en la fase anterior, y los datos estran libres de interferencia entre simbolos (ISI) y el ruido reducido.
La figura 2. -Muestra la serial recibida en la etapa de muestreo del ADC dR [n] y su posterior muestreo a la frecuencia de simbolo, de la cual se obtiene directamente la distorsion producida por los simbolos adyacentes hF [n], ISI.
La figura 3. -Muestra el diagrama de bloques de un sistema que explica una posible aplicación de estimation de la distorsion del medio y su posterior correction empleando un solo par de secuencias complementarias.
Las distintas partes que lo componen se detallan a continuación : 1. Serial digital a emitir s [n]: para estimar el medio lo ideal es una delta de Krönecker.
2. Codificador con un par de secuencias complementarias Golay.
3. Senales resultantes de la codificación I [n] y Q [n].
4. Modulador QASK. Modula la serial I [n] en fase y la Q [n] en cuadratura.
5. Serial resultante de la modulation QASK Tx [n].
6. Modulador de radiofrecuencia.
7. Antena.
8. Antena.
9. Demodulador de radiofrecuencia.
10. Serial resultante de la demodulación en radiofrecuencia Rx [n].
11. Demodulador QASK. Da como resultado rI [n] y rQ [n].
12. Senales resultantes de la demodulación QASK rI [n] y rQ [n].
13. Decodificador con un par de secuencias complementarias Golay y obtention de dR [n].
14. Muestreo a frecuencia de simbolo para la extraction de los coeficientes de hF [n].
15. Ecualizacion"postcursor".
16. Ecualizacion"precursor".
17. Iteración, si es necesario, al bloque 16.
18. Resultado final ecualizado.
La figura 4. -Muestra el diagrama del bloque que resuelve el sistema de ecuaciones y obtiene los coeficientes del filtro preecualizador. Esta compuesto por una estructura basica formada por un registro, cambio de signo y divisor que se repite regularmente en function del orden del sistema de ecuaciones. Los datos capturados "precursor"entran en serie invertidos en el tiempo dR [-n].
Por la salida inferior salen calculados, a cada ciclo de reloj, los coeficientes del filtro preecualizador hF [n].
REALIZACION PREFERENTE DE LA INVENCION A continuacion se detalla una posible implementación de esta técnica aplicada a la ecualización de un sistema de comunicación que utiliza OTDM como técnica de modulation de datos.
Por claridad, en la figura 3 aparece esquematizada la implementación. Esta implementación, se basa en la aplicación de este método a sistemas de radiofrecuencia.
Para simplificar la explicación se ha recurrido al caso particular de pares de secuencias complementarias
Golay moduladas en QASK (Quadrature Amplitude Shift Keying). E1 sistema consta de dos bloques bien diferenciados: el sistema de transmisión y el de reception.
El sistema de transmisión se encarga de: Convolucionar la senal de entrada con cada una de las dos secuencias que forman el par de secuencias complementarias de longitud L y generar el preámbulo de ecualización.
Modular en QASK las dos senales resultantes de la codificación con las secuencias complementarias.
Modular la senal en cuadratura mediante QASK (Quadrature Amplitude Shift Keying) o QAM (Quadrature Amplitude Modulation) para transmitirla en la correspondiente zona del espectro radioeléctrico.
Transmitirla con una antena.
E1 sistema de reception se encarga de: Sincronizarse con el transmisor y demodular la senal recibida por la antena.
Obtener las componentes ri [n], en fase, y rQ [n], en cuadratura, mediante la demodulación QASK.
Detectar el comienzo del preambulo de ecualización y realizar el proceso de decodificación mediante sumas de correlaciones, segun se ha presentado en este documento.
Obtener de la suma los coeficientes del filtro ecualizador inicial (DISTORSION).
# Realizar los pasos de"Postecualizacion"y "Preecualizacion"descritos.
# Repetir iterativamente el proceso anterior hasta obtener una senal ecualizada dentro de los limites establecidos por el sistema, que correspondera con una delta de Krönecker en el caso ideal.
Los filtros resultantes forman en conjunto el filtro inverso de la distorsion sufrida por los datos en el proceso de transmisión, propagacion y recepcion.