ES2332840B2 - Metodo de estimacion en banda base de canales complejos mediante transmision secuencial y simultanea de pares ortogonales de secuencias complementarias. - Google Patents
Metodo de estimacion en banda base de canales complejos mediante transmision secuencial y simultanea de pares ortogonales de secuencias complementarias. Download PDFInfo
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Abstract
Método de estimación en banda base de canales
complejos mediante transmisión secuencial y simultánea de pares
ortogonales de secuencias complementarias.
Un método de estimación en banda base de canales
complejos mediante transmisión secuencial y simultánea de pares
ortogonales de secuencias complementarias. La
estimación del espectro de frecuencias de un canal de transmisión permite obtener información de alto interés para analizar sus características y extraer importante información del mismo, o corregir los efectos de distorsión que introduce en un sistema de comunicación. Esta invención presenta un método para codificar una señal s[n] mediante la convolución de dicha señal con un par de secuencias complementarias (CSC). Estas secuencias, al ser recibidas permiten extraer mediante correlación las características temporales y frecuenciales del medio que atraviesan con una precisión que depende de la longitud de las secuencias empleadas N en la codificación respecto la longitud del canal (L).
estimación del espectro de frecuencias de un canal de transmisión permite obtener información de alto interés para analizar sus características y extraer importante información del mismo, o corregir los efectos de distorsión que introduce en un sistema de comunicación. Esta invención presenta un método para codificar una señal s[n] mediante la convolución de dicha señal con un par de secuencias complementarias (CSC). Estas secuencias, al ser recibidas permiten extraer mediante correlación las características temporales y frecuenciales del medio que atraviesan con una precisión que depende de la longitud de las secuencias empleadas N en la codificación respecto la longitud del canal (L).
Description
Método de estimación en banda base de canales
complejos mediante transmisión secuencial y simultánea de pares
ortogonales de secuencias complementarias.
La presente invención se refiere al método de
entramado temporal óptimo de las secuencias de entrenamiento que
permiten la estimación en banda base de las características
temporales y frecuenciales del medio de comunicación en sistemas de
transmisión y recepción de información sobre canales complejos.
Entendiendo por complejos aquellos canales reales
paso-banda cuyo equivalente
paso-bajo en banda base posee componentes real e
imaginaria. Estos canales se dan en sistemas con dos ramas
independientes que son moduladas con fases ortogonales para ser
transmitidos al medio (comúnmente representadas por la letras I del
inglés "In-phase" y Q del ingles
"Quadrature").
\vskip1.000000\baselineskip
En los sistemas de comunicaciones digitales la
señal transmitida se ve distorsionada por los efectos de distorsión
del medio y la información recibida se ve afectada severamente por
el desconocimiento de dicha distorsión. Gran parte de la innovación
en los nuevos Sistemas Digitales de Transmisión se basa en la
búsqueda de métodos óptimos para estimar la distorsión introducida
por el medio de comunicación.
Se han propuesto últimamente varios métodos para
la estimación mediante secuencias de entrenamiento, como [Yeh,
C.S; Lin, Y; and Wu, Y, "OFDM System Channel Estimation Using
Time-Domain Training Sequence for Mobile Reception
of Digital Terrestrial Broadcasting" IEEE Trans. On
Broadcasting, Vol. 46, No. 3, Sep. 2000. pp
215-220], o utilizando pilotos en el dominio de
la frecuencia, como [Yeh, C.S.; Lin, Y. "Channel Estimation
using Pilot Tons in OFDM Systems", IEEE Trans. On Broadcasting,
Vol. 45, No.: 4, Dec 1999. pp. 400-409].
\vskip1.000000\baselineskip
Según [Tellambura, C; Guo, Y. J; BArton, S.K.
"Channel Estimation Using Aperiodic Binary Sequences" IEEE
Communications Setteres, Volume: 2 No.: 5, May 1998. pp.
140-142] y [Spasojevic, P.; Georghiades, C.
N. "Complementary sequences for ISI channel estimation" IEEE
Transactions on Information Theory, Volume: 47 Issue: 3, March
2001. pp 1145-1152.], el método óptimo es el uso
de Conjuntos de Secuencias Complementarias (CSC). Dichos métodos se
basan en un entramado como el descrito en la figura 1. Estos
conjuntos de secuencias permiten maximizar la relación Señal a Ruido
de la estimación del canal:
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip1.000000\baselineskip
Donde Es/No es la relación señal a ruido por
símbolo, L la longitud de la respuesta del canal, K el número de
secuencias en cada conjunto y N la longitud de cada secuencia. De
esta ecuación se obtiene que la mejora en la estimación es
proporcional al factor L/KN.
\vskip1.000000\baselineskip
En las dos referencias anteriores se utilizan
conjuntos que tienen dos componentes (K=2), también llamados
secuencias Golay [MARCEL J. E. Golay "Complementary Series".
IRE Transactions on Information Theory, April 1961, pp.
82-87.], pero es posible trabajar con K>2
[C.-C. Tseng, C. L. Liu, "Complementary Sets of Sequences",
IEEE Trans. Inform. Theory, Vol. IT-18, No 5, pp.
644-651, Sept. 1972.]. En esta patente se
trabajará con CSC con K=2.
\vskip1.000000\baselineskip
La principal propiedad del CSC es:
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip1.000000\baselineskip
Donde r_{xx} es la autocorrelación aperiódica
de x. La suma de la autocorrelación de todas las secuencias del
conjunto es igual a KN para n=0 y 0 para n\neq0 (delta de
Krönecker multiplicado por el factor KN).
\newpage
Otra propiedad interesante es que existen K
conjuntos de secuencias que son mutuamente incorreladas (también
llamadas conjuntos ortogonales):
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip1.000000\baselineskip
Esto permite que K conjuntos se transmitan
simultáneamente.
\vskip1.000000\baselineskip
La generación y detección de secuencias Golay
pude realizarse de forma eficiente aplicando los sistemas definidos
en [S.Z. Budisin. "Efficient Pulse Compressor for Golay
Complementary Sequences"; Elec. Lett. Vol 27, No 3, pp.
219-220, 31st Jan., 1991.] y [Popovic, B.M.
"Efficient Golay correlator". Electronics Letters, Volume:35,
Issue: 17, 19 Aug. 1999 Pages:1427–1428.]. Estas estructuras
son sólo válidas para K=2. Un algoritmo óptimo para K\geq2 se
describe en (Jose María Insenser et al. "Método y
Sistema de Estimación de Canales de Múltiple Entrada y Múltiple
Salida" Solicitud de patente española No. P200601942. 20 de
julio de 2006.].
Existe un método patentado previamente que
describe como estimar mediante la transmisión simultánea de pares
secuencias complementarias [Vicente Díaz et al. "Device
and Method for Optimally Estimating the Transmission Spectrum with
the Simultaneous Modulation of Complementary Sequences". WO
2005107200]. Este método sólo permite estimar un canal real. El
entramado utilizado en este método puede observarse en la figura
2.
Otro método que describe como estimar mediante
la transmisión secuencial de pares de secuencias complementarias es
[Vicente Díaz et al. "Device and Method for the optimal
Estimation of Distorsion of a transmisión Médium, comprising the
Sequential Emision of Pairs of Quadrature Complementary
Sequences". WO 2005122513]. Este método permite estimar
canales complejos pero con unas secuencias de entrenamiento
sobredimensionadas temporalmente. El entramado utilizado en este
método puede observarse en la figura 3.
El método aquí descrito permite mejorar la
estimación de canales complejos con un entramado óptimo en tiempo.
Los sistemas que pueden ser utilizados para generar en transmisión y
correlar en recepción los pares de secuencias complementarias
pueden ser los descritos anteriormente o cualquier otro.
\vskip1.000000\baselineskip
Como se explicó anteriormente las propiedades
principales de los CSC son:
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip1.000000\baselineskip
Donde r_{xx} es la autocorrelación aperiódica
de x. La suma de la autocorrelación de todas las secuencias del
conjunto es igual a una delta de Krönecker multiplicado por el
factor KN.
\vskip1.000000\baselineskip
La propiedad interesante es que existen K
conjuntos de secuencias que son mutuamente incorreladas (también
llamadas conjuntos ortogonales):
Esto permite transmitir simultáneamente 2
conjuntos utilizando las fases I y Q de una modulación compleja
como puede observarse en la figura 4.
Para facilitar la comprensión del método aquí
propuesto basado en el entramado de la figura 4 se particularizan
los resultados para N=4 y K=2.
\newpage
Siendo {a0,a1} y {b0,b1} pares complementarios
mutuamente ortogonales se mapean a0 en (1), b0 en (2), al en (3) y
b1 en (4) en el entramado de la figura 4. Para particularizar
resultados se utilizan como ejemplo las siguientes secuencias:
Usando las propiedades vistas en <4> y
<5>:
Cuando K=2, {a0,b0} y {a1,b1} también son pares
complementarios:
Otra propiedad es:
donde \overleftarrow{x} es la
secuencia x invertida. Por lo
tanto:
La respuesta impulsional del equivalente paso
bajo del canal es:
El medio de transmisión convoluciona de forma
compleja la señal transmitida Identificando en el receptor cada una
de las secuencias transmitidas en el preámbulo:
En el receptor se realizan operaciones de
correlación para detectar los componentes de la respuesta
impulsional del medio complejo. Utilizando las propiedades
CSC<9> y <10>:
Si el canal insertara ruido, ateniendo a las
propiedades de la correlación, la relación Señal a Ruido de
estimación será:
Donde Es/No es la relación señal a ruido por
símbolo, L la longitud de la respuesta del canal, K el número de
secuencias en cada conjunto y N la longitud de cada secuencia. De
esta ecuación se obtiene que la mejora en la estimación es
proporcional al factor L/KN. Ganancia similar a soluciones
planteadas anteriormente, pero con la ventaja de que el entramado es
óptimo para la estimación de canales complejos.
\vskip1.000000\baselineskip
La figura 1 muestra el entramado para la
transmisión secuencial de secuencias complementarias.
La figura 2 muestra el entramado para la
transmisión simultánea de secuencias complementarias.
La figura 3 muestra el entramado para la
transmisión secuencial de pares ortogonales de secuencias
complementarias.
La figura 4 muestra el entramado para la
transmisión secuencial y simultánea de pares ortogonales de
secuencias complementarias.
\vskip1.000000\baselineskip
Las distintas partes que componen el entramado
para la transmisión secuencial de secuencias complementarias que se
muestra en la figura 1 se detallan a continuación:
- 1.
- Secuencia Complementaria a0
- 2.
- Secuencia Complementaria a1
- 3.
- Separaciones temporales entre secuencias y datos para evitar solapes en recepción
- 4.
- Ráfaga de datos.
Siendo el par {a0, a1} un par de secuencias
complementarias. El método A es una estructura de preámbulo y el
método B es una estructura de preámbulo y epílogo.
\vskip1.000000\baselineskip
Las distintas partes que componen el entramado
para la transmisión simultánea de secuencias complementarias que se
muestra en la figura 2 se detallan a continuación:
- 1.
- Secuencia Complementaria a0
- 2.
- Secuencia Complementaria a1
- 3.
- Separaciones temporales entre secuencias y datos para evitar solapes en recepción
- 4.
- Ráfaga de datos
Siendo el par {a0, a1} un par de secuencias
complementarias.
\vskip1.000000\baselineskip
Las distintas partes que componen el entramado
para la transmisión secuencia) de pares ortogonales de secuencias
complementarias que se muestra en la figura 3 se detallan a
continuación:
- 1.
- Secuencia Complementaria a0
- 2.
- Secuencia Complementaria a1
- 3.
- Secuencia Complementaria b0
- 4.
- Secuencia Complementaria b1
- 5.
- Separaciones temporales entre secuencias y datos para evitar solapes en recepción
- 6.
- Ráfaga de datos
\newpage
Siendo:
- \bullet
- El par {a0, a1} un par de secuencias complementarias.
- \bullet
- El par {b0, b1} un par de secuencias complementarias.
- \bullet
- El par {a0, b0} un par de secuencias complementarias.
- \bullet
- El par {al, b1} un par de secuencias complementarias.
- \bullet
- Los pares {a0, a1} y {b0, b1} pares ortogonales.
\vskip1.000000\baselineskip
Las distintas partes que componen el entramado
para la transmisión secuencial y simultánea de pares ortogonales de
secuencias complementarias que se muestra en la figura 4 se detallan
a continuación:
- 1.
- Secuencia Complementaria a0
- 2.
- Secuencia Complementaria b0
- 3.
- Secuencia Complementaria a1
- 4.
- Secuencia Complementaria b1
- 5.
- Separaciones temporales entre secuencias y datos para evitar solapes en recepción
- 6.
- Ráfaga de datos
\vskip1.000000\baselineskip
Siendo:
- \bullet
- El par {a0, a1} un par de secuencias complementarias.
- \bullet
- El par {b0, b1} un par de secuencias complementarias.
- \bullet
- El par {a0, b0} un par de secuencias complementarias.
- \bullet
- El par {a1, b1} un par de secuencias complementarias.
- \bullet
- Los pares {a0, a1} y {b0, b1} pares ortogonales.
- \bullet
- Los pares {a0, b0} y {a1, b1} pares ortogonales.
\vskip1.000000\baselineskip
El método de estimación en banda base de canales
complejos según la invención está caracterizado porque se utiliza
un entramado temporal óptimo de secuencias de entrenamiento basadas
en transmisión secuencial y simultánea de pares de ortogonales de
secuencias complementarias que permiten la estimación en banda base
de las características temporales y frecuenciales del medio de
comunicación en sistemas de transmisión y recepción de información
sobre canales complejos, entendiendo por complejos aquellos canales
reales paso-banda cuyo equivalente
paso-bajo en banda base posee componentes real e
imaginaria.
Se puede utilizar un entramado basado en
secuencias complementarias a0, b0, a1 y b1, cuya propiedad
principal consiste en que la suma de autocorrelaciones agrupadas en
parejas complementarias equivale a una delta de Krönecker
multiplicada por un factor de ganancia entendiendo por Delta de
Krönecker una secuencia temporal discreta en la que sólo uno de sus
muestras tiene un valor diferente a cero.
Las secuencias pueden agruparse en los
siguientes pares complementarios: {a0,b0}, {a1,b1}, {a0,a1} y
{b0,b1} y donde las parejas {a0,b0} y {a1,b1} son mutuamente
ortogonales y las parejas {a0,a1} y {b0,b1} son mutuamente
ortogonales, entendiendo por ortogonal que la suma de la correlación
cruzada de dichas secuencias es cero en todas las muestras del
resultado.
\vskip1.000000\baselineskip
Los pares de secuencias complementarias se
pueden transmitir de forma secuencia) y a la vez simultánea
utilizando las dos ramas en banda base (I y Q) de la siguiente
manera:
- \bullet
- Rama I: de forma secuencia) primero a0 y después b0
- \bullet
- Rama Q: de forma secuencial primero a1 y después b1
- \bullet
- a0 y a1 se transmiten simultáneamente por ambas ramas
- \bullet
- b0 y b1 se transmiten simultáneamente por ambas ramas
\vskip1.000000\baselineskip
Se pueden insertar o no separaciones temporales
entre las distintas secuencias para evitar solapes temporales en
recepción.
La transmisión de dicho entramado se puede
repetir periódicamente.
De modo alternativo la transmisión de dicho
entramado se realiza una sola vez.
Entre sucesivas transmisiones del entramado se
pueden insertar ráfagas de datos.
Tras una emisión del entramado se pueden emitir
datos de forma indefinida o hasta que la estimación no sea válida
debido a variaciones temporales de la respuesta impulsional del
canal.
De modo alternativo tras una emisión del
entramado no se emiten datos, sólo se evalúa el canal para
cualquier aplicación posterior.
Se puede utilizar cualquier sistema de
generación, modulación, detección, demodulación y/o
correlación.
Claims (11)
1. Un método de estimación en banda base de
canales complejos, caracterizado porque se utiliza un
entramado temporal óptimo de secuencias de entrenamiento basadas en
transmisión secuencia) y simultánea de pares de ortogonales de
secuencias complementarias que permiten la estimación en banda base
de las características temporales y frecuenciales del medio de
comunicación en sistemas de transmisión y recepción de información
sobre canales complejos, entendiendo por complejos aquellos canales
reales paso-banda cuyo equivalente
paso-bajo en banda base posee componentes real e
imaginaria.
2. El método, según la primera reivindicación,
caracterizado porque se utiliza un entramado basado en
secuencias complementarias a0, b0, a1 y b1, cuya propiedad principal
consiste en que la suma de autocorrelaciones agrupadas en parejas
complementarias equivale a una delta de Krönecker multiplicada por
un factor de ganancia, entendiendo por Delta de Krönecker una
secuencia temporal discreta en la que sólo uno de sus muestras tiene
un valor diferente a cero.
3. El método, según la primera reivindicación y
utilizando las secuencias descritas en la segunda reivindicación,
caracterizado porque las secuencias pueden agruparse en los
siguientes pares complementarios: {a0,b0}, {a1,b1}, {a0,a1} y
{b0,b1} y donde las parejas {a0,b0} y {a1,b1} son mutuamente
ortogonales y las parejas {a0,a1} y {b0,b1} son mutuamente
ortogonales, entendiendo por ortogonal que la suma de la
correlación cruzada de dichas secuencias es cero en todas las
muestras del resultado.
4. El método, según las reivindicaciones 1, 2 y
3, caracterizado porque los pares de secuencias
complementarias se transmiten de forma secuencial y a la vez
simultánea utilizando las dos ramas en banda base (I y Q) de la
siguiente manera:
- \bullet
- Rama I: de forma secuencial primero a0 y después b0
- \bullet
- Rama Q: de forma secuencial primero a1 y después b1
- \bullet
- a0 y a1 se transmiten simultáneamente por ambas ramas
- \bullet
- b0 y b1 se transmiten simultáneamente por ambas ramas
5. El método descrito en las reivindicaciones
primera, segunda, tercera y cuarta caracterizado porque se
inserten o no separaciones temporales entre las distintas secuencias
para evitar solapes temporales en recepción.
6. El método descrito en las reivindicaciones
primera, segunda, tercera, cuarta y quinta caracterizado
porque la transmisión de dicho entramado se repite
periódicamente.
7. El método descrito en las reivindicaciones
primera, segunda, tercera, cuarta y quinta caracterizado
porque la transmisión de dicho entramado se realiza una sola
vez.
8. El método descrito en las reivindicaciones
primera, segunda, tercera, cuarta y quinta caracterizado
porque entre sucesivas transmisiones del entramado se insertan
ráfagas de datos.
9. El método descrito en las reivindicaciones
primera, segunda, tercera, cuarta y quinta caracterizado
porque tras una emisión del entramado se emiten datos de forma
indefinida o hasta que la estimación no sea válida debido a
variaciones temporales de la respuesta impulsional del canal.
10. El método descrito en las reivindicaciones
primera, segunda, tercera, cuarta y quinta caracterizado
porque tras una emisión del entramado no se emiten datos, sólo se
evalúa el canal para cualquier aplicación posterior.
11. El método descrito en las reivindicaciones
primera, segunda, tercera, cuarta y quinta caracterizado
porque se utiliza cualquier sistema de generación, modulación,
detección, demodulación y/o correlación.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| ES200701364A ES2332840B2 (es) | 2007-05-18 | 2007-05-18 | Metodo de estimacion en banda base de canales complejos mediante transmision secuencial y simultanea de pares ortogonales de secuencias complementarias. |
Applications Claiming Priority (1)
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|---|---|---|---|
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Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| ES2332840A1 ES2332840A1 (es) | 2010-02-12 |
| ES2332840B2 true ES2332840B2 (es) | 2010-07-01 |
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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| ES200701364A Active ES2332840B2 (es) | 2007-05-18 | 2007-05-18 | Metodo de estimacion en banda base de canales complejos mediante transmision secuencial y simultanea de pares ortogonales de secuencias complementarias. |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| ES (1) | ES2332840B2 (es) |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| ES2255390A1 (es) * | 2004-05-28 | 2006-06-16 | Vicente Diaz Fuente | Dispositivo y metodo de estimacion optima de la distorsion del medio de transmision mediante la emision secuencial de pares de secuencias complementarias en cuadratura. |
-
2007
- 2007-05-18 ES ES200701364A patent/ES2332840B2/es active Active
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| ES2255390A1 (es) * | 2004-05-28 | 2006-06-16 | Vicente Diaz Fuente | Dispositivo y metodo de estimacion optima de la distorsion del medio de transmision mediante la emision secuencial de pares de secuencias complementarias en cuadratura. |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| DÍAZ V.; HERNANZ D; URENA J.. "{}Using complementary sequences for direct transmission path identification"{} IECON-2002. Proceedings of the 28th. Annual Conference of the IEEE Industrial Electronics Society. Nov. 5-8, 2002, Sevilla, España, 05 noviembre 2002 (05.11.2002), vol. conf. 28, páginas 2764-2767, XP010707684 ISBN 978-0-7803-7474-4 ISBN 0-7803-7474-6. * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| ES2332840A1 (es) | 2010-02-12 |
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