Este método encuentra aplicación en el sector de las telecomunicaciones. Más concretamente en el relativo a los sistemas de transmisión y recepción de señales tanto por línea de transmisión como por ondas radioeléctricas.

Estado de la técnica

Para tratar de minimizar los efectos del ruido impulsivo (RI) sobre comunicaciones digitales por radio, se han propuesto diferentes métodos. Algunos basan su funcionamiento en la localización de los picos de RI a partir de la propia señal de información recibida; cuando creen haber reconocido un pico de RI eliminan la porción de señal correspondiente, tal como se describe en las patentes WO2004002101 , EP1309095 y EP1 180851. Otras publicaciones de interés son las patentes US 20050213692 y EP1361720 que utilizan complejos algoritmos de compensación del RI. También los autores de la presente patente han publicado con anterioridad dos procedimientos aplicables a sistemas de radio; P200402455 que monitoriza el RI en una polarización ortogonal a aquella en que se produce la transmisión y P200402706 que monitoriza el RI en otro canal a una frecuencia diferente. Explicación del procedimiento

El RI consiste en una sucesión de picos de corta duración pero de gran amplitud que se mezclan con la señal deseada en el receptor y que perjudican notablemente las comunicaciones. Su efecto se hace más patente en aquellos sistemas que emplean sistemas de modulación y transmisión digital, y con especial virulencia en aquellos con modulación Orthogonal Frequency División Multiplexing (OFDM), Orthogonal Frequency División Múltiple Access (OFDMA), Single Carrier Frequency División Múltiple Access (SC- FDMA) y otros similares. El objetivo del presente método es eliminar los efectos perjudiciales del RI en los sistemas de comunicación tanto por radio como por línea de transmisión. Una de las principales características del RI es su gran ancho de banda, que por lo general supera ampliamente el de cualquiera de los canales de comunicación usados en la mayoría de los sistemas de transmisión. El principio fundamental de funcionamiento de este método consiste en la extensión de la banda de recepción, es decir, recoger en el receptor más anchura de banda de la que estrictamente se necesite para demodular la señal que se desea recibir. La mayor parte de los métodos de reducción de RI existentes utilizan técnicas de umbral que consisten en establecer un umbral de amplitud de manera que los pulsos de RI se consideren detectados cuando este umbral sea sobrepasado. Después de ser detectados, los pulsos de RI pueden ser eliminados usando técnicas de recortado (limitar su amplitud a un valor determinado) o de borrado (poniendo a cero su amplitud). El nuevo método que se presenta utiliza también técnicas de umbral en el modo de realización propuesto, aunque en otras variantes la detección del RI también podría hacerse usando otras técnicas.

El principal problema de las técnicas de umbral reside en el establecimiento del valor umbral. La Figura 1 ilustra este dilema: Si el umbral es demasiado bajo, será posible recibir muestras de gran amplitud de la señal deseada que sean tomadas por RI; por otro lado, si el umbral es demasiado alto habrá muchos pulsos de RI de baja amplitud que serán pasados por alto. En consecuencia es deseable encontrar una manera de incrementar la capacidad de discriminación del RI en el receptor, sin la influencia del tipo de pulso recibido o el sistema de comunicación usado. Como se indica en la Figura 1 y a fin de identificar el RI, se plantean dos posibles umbrales de amplitud, Umbral 1 y Umbral 2. La muestra no quizás podría ser considerada RI porque supera los dos umbrales sin embargo m y n ₂ sólo superan el Umbral 2. En la figura se plantea la pregunta: ¿Qué umbral tomar? Y las tres muestras consideradas aparecen con signos de interrogación indicando que hay problemas para asegurar si son debidas a RI o no.

Supóngase un escenario como el de la Figura 2 que representa en el dominio de la frecuencia la señal deseada S siendo transmitida a través de un canal de comunicación de ancho de banda Be, pero la banda del receptor es mucho más amplia con anchura BD. Un suceso de RI se superpone a la señal S con la forma de una distribución de potencia que ocupa la práctica totalidad del espectro; la porción del RI que se introduce en S se sombrea con un rayado oblicuo y la porción adicional del RI que se introduce en el receptor de banda extendida aparece con un sombreado punteado. En esta figura, un suceso de RI repentinamente se suma a la señal S con la forma de una distribución de potencia que ocupa la práctica totalidad del espectro. En vez de restringir la banda del receptor a Be, construiremos un filtro receptor de anchura de banda BD=M BC, siendo M un multiplicador tan grande como sea necesario. La Figura 3 muestra en el dominio del tiempo cuál es el efecto de esta extensión de la banda receptora; en ella se ve la misma señal de la Figura 1 pero recibida en una banda el doble de ancha (M=2). Ahora gracias a la extensión de banda, se hace más claro que las muestras n ₀ y ni estaban afectadas por RI mientras que la muestra n ₂ no. Las amplitudes de n ₀ y ni son el doble respecto de la Figura 1 , mientras que la de n ₂ se mantiene en el mismo valor. De esta manera el nivel del umbral puede elevarse manteniendo la misma sensibilidad para detectar RI y reduciendo la probabilidad de detección errónea.

La efectividad de este método de reducción de RI no estriba solamente en su mejorada capacidad de detección. Una vez detectado se le pueden aplicar técnicas de eliminación mediante recortado o borrado; por lo general estas técnicas tienen como inconveniente que las muestras de la señal deseada también son distorsionadas o eliminadas. Sin embargo al extender la banda de recepción y aumentar la tasa de muestreo, los picos de RI aun siendo más potentes siguen ocupando el mismo número de muestras, mientras que la señal en su totalidad contiene un número de muestras mayor. De esta manera, el recortado o borrado de las muestras con RI afecta en proporción a un número menor de muestras, con lo que la pérdida de información en la señal deseada es menor.

Cabe la posibilidad de que la determinación del umbral de detección U no se realice específicamente en función de la señal recibida, sino por otros métodos como por ejemplo la elección de un umbral por criterios empíricos.

Sería también posible que la comparación de la amplitud con el umbral correspondiente se realizara con señal continua, antes del muestreo. Otra variante del método principal consiste en el que el posterior filtrado de la señal recibida en la banda extendida para recuperar la señal S que se desea recibir, no se realice inmediatamente después de la eliminación del RI. La información de la banda de frecuencia extendida puede aprovecharse para realizar otros tipos de procesado a mayores, a la vez que para la reducción del RI. Independientemente de cuáles sean esos otros tipos de procesado, los principios que se aplican para la detección del RI no varían en su naturaleza. Los principios de funcionamiento que se exponen son igualmente efectivos en el caso de que el sistema de comunicación sea por línea de transmisión o en el caso de que el sistema de modulación y transmisión de la señal no sea digital sino analógico.

Descripción de los dibujos

La Figura 1 muestra una secuencia de muestras de señal recibida en el dominio del tiempo. Las indicaciones Ul y U2 de la Figura 1 significan: Umbral 1 y Umbral 2. Las muestras que superan alguno de estos umbrales pueden ser susceptibles de contener RI. La Figura 2 representa en el dominio de la frecuencia la señal deseada S siendo transmitida a través de un canal de comunicación de ancho de banda Be.

La etiqueta A de la Figura 2 indica: Ruido impulsivo.

La etiqueta B de la Figura 2 indica: Porción de ruido impulsivo que se introduce en el canal.

La etiqueta C de la Figura 2 indica: Canal de comunicación S. Su ancho de banda es Be. La etiqueta D de la Figura 2 indica: Ancho de banda usado para la detección. Coincide con BD.

La Figura 3 representa en el dominio del tiempo cuál es el efecto de la extensión de la banda receptora.

Las indicaciones Ul y U2 de la Figura 3 significan: Umbral 1 y Umbral 2. Las muestras que superan alguno de estos umbrales pueden ser susceptibles de contener RI. La etiqueta A de la Figura 3 indica: Umbral mejorado

La etiqueta B de la Figura 3 indica: Pulsos de ruido amplificados.

La etiqueta C de la Figura 3 indica: No es ruido impulsivo. La Figura 4 muestra el diagrama de bloques del modo propuesto de realización de la invención.

La etiqueta A de la Figura 4 indica: Etapa de radiofrecuencia (RF)

La etiqueta B de la Figura 4 indica: Etapa de frecuencia intermedia (FI)

La etiqueta C de la Figura 4 indica: Estimar la raíz del valor cuadrático medio (RMS). En el bloque etiquetado con la letra U en la Figura 4 se calcula el umbral de detección de RI, U, a partir del valor RMS.

La etiqueta D de la Figura 4 se corresponde con la etapa de supresión. Es el bloque principal del procedimiento, e indica: Sustituir por cero todas las muestras en la trama con amplitud mayor que U

En el bloque etiquetado con FFT en la Figura 4 se calcula una transformada rápida de Fourier.

La etiqueta E de la Figura 4 indica: Extraer la señal que se desea recibir, S

La etiqueta F de la Figura 4 indica: Continuar el proceso de demodulación de S

Descripción detallada de un modo de realización

La Figura 4 muestra detalladamente un modo propuesto de realización. En primer lugar la señal recibida se amplifica y demodula (etiqueta A) Esta "Etapa RF" simboliza la etapa de inicial de recepción, amplificación y demodulación. La banda de recepción tiene una anchura BD, que es mayor que la de la señal S que es la que específicamente se desea recibir

En frecuencia intermedia (etiqueta B) se muestrea la señal analógica con ancho de banda BD a la tasa de Nyquist para convertirla al dominio discreto. Hacia la derecha del diagrama el resto de los bloques se realizan con procesado digital de la señal en tramas o conjuntos de muestras. A continuación se debe calcular la desviación típica de la amplitud de la señal (etiqueta C) a partir del valor root mean square (RMS) medido en la misma, con el fin de determinar el umbral U (Calcular umbral) que se utilizará para discriminar qué muestras están afectadas por RI. El valor de U se puede establecer con criterios estadísticos como por ejemplo 99% de certeza de que si es superado se trata de RI, o bien 99.9%, 99.99%, etc.

Todas las muestras cuya amplitud supere el umbral U serán borradas (etiqueta D), es decir, sustituidas por ceros para eliminar los pulsos de RI. A continuación sólo queda recuperar la señal S, para ello se convierte el resultado de la etapa anterior al dominio de la frecuencia en el bloque etiquetado con las siglas FFT (Fast Fourier Transform). Finalmente, se filtra a su ancho de banda original propia de S (etiqueta E) para continuar con el proceso normal de demodulación (etiqueta F). En lugar de sustituir las muestras afectadas por ceros, también sería posible recortarlas, es decir sustituirlas por otras con un valor que conserve la misma fase pero recortando su amplitud a un nivel más adecuado, como por ejemplo el valor RMS.

Aplicación del procedimiento a la industria

Este procedimiento constituye una mejora que se puede añadir al hardware y/o al software de cualquier receptor de un sistema de comunicación para mejorar su comportamiento frente al RI, siempre y cuando sea factible recoger un ancho de banda mayor del estrictamente necesario para recibir la señal deseada.

Sin perjuicio de otras aplicaciones, resulta especialmente útil para la telefonía celular de cuarta generación Long Term Evolution (LTE) en sentido de enlace descendente (downlink), es decir de la estación base (eNB) hasta los equipos de usuario (UE). En estas transmisiones, LTE utiliza el sistema de modulación OFDMA que consiste básicamente en una técnica de multiplexación en frecuencia mediante modulación OFDM. En principio, la etapa de recepción de los UE debe estar preparada para recoger 20 MHz de ancho de banda, sin embargo la información dirigida a cada UE no ocupa la totalidad de esta banda sino un número variable de porciones de 180 Hz, denominados resource blocks (RB). Éste sería un ejemplo en el que se recoge mayor ancho de banda del estrictamente necesario para el canal de información; se trataría entonces de usar la totalidad de la banda receptora de 20 MHz para detectar y eliminar el RI para posteriormente extraer sólo las porciones del espectro específicamente dirigidas al UE.