Interferometría portadora

Este artículo tiene varios problemas. Ayude a mejorarlo o discuta estos problemas en la página de discusión . ( Obtenga información sobre cómo y cuándo eliminar estos mensajes de plantilla ) Este artículo proporciona un contexto insuficiente para quienes no están familiarizados con el tema . Por favor, ayuda a mejorar el artículo por proporcionar más contexto para el lector . ( Junio ​​de 2015 ) ( Obtenga información sobre cómo y cuándo eliminar este mensaje de plantilla ) Este artículo necesita la atención de un experto en WikiProject Telecommunications . Agregue un motivo o un parámetro de conversación a esta plantilla para explicar el problema con el artículo. WikiProject WikiProject Telecommunications puede ayudar a contratar a un experto. ( Junio ​​de 2015 ) Este artículo incluye una lista de referencias generales , pero permanece en gran parte sin verificar porque carece de suficientes citas en línea correspondientes . Ayude a mejorar este artículo introduciendo citas más precisas. ( Junio ​​de 2015 ) ( Obtenga información sobre cómo y cuándo eliminar este mensaje de plantilla ) Este artículo puede contener una cantidad excesiva de detalles intrincados que pueden interesar solo a una audiencia en particular . Por favor, ayude a dividir o reubicar cualquier información relevante y eliminar detalles excesivos que puedan ir en contra de la política de inclusión de Wikipedia . ( Junio ​​de 2015 ) ( Obtenga información sobre cómo y cuándo eliminar este mensaje de plantilla ) ( Aprenda cómo y cuándo eliminar este mensaje de plantilla )

La interferometría de portadora (CI) es un esquema de espectro ensanchado diseñado para ser utilizado en un sistema de comunicación de multiplexación por división de frecuencia ortogonal (OFDM) para multiplexación y acceso múltiple , lo que permite que el sistema admita múltiples usuarios al mismo tiempo en la misma banda de frecuencia.

Al igual que MC-CDMA , CI-OFDM difunde cada símbolo de datos en el dominio de la frecuencia. Es decir, cada símbolo de datos se transporta a través de múltiples subportadoras OFDM. Pero a diferencia de MC-CDMA, que utiliza códigos Hadamard de fase binaria (valores de código de 0 o 180 grados) o pseudonidos binarios , los códigos CI son códigos ortogonales de valores complejos . En el caso más simple, los valores del código CI son coeficientes de una transformada de Fourier discreta(DFT) matriz. Cada fila o columna de la matriz DFT proporciona un código de expansión CI ortogonal que extiende un símbolo de datos. La propagación se logra multiplicando un vector de símbolos de datos por la matriz DFT para producir un vector de símbolos de datos codificados, luego cada símbolo de datos codificados se asigna a una subportadora OFDM a través de un contenedor de entrada de una transformada rápida de Fourier inversa (IFFT). Puede seleccionarse un bloque de subportadoras contiguas, o para lograr una mejor diversidad de frecuencias, pueden usarse subportadoras no contiguas distribuidas sobre una banda de frecuencia amplia. Un intervalo de guarda, como un prefijo cíclico (CP), se agrega a la señal CI-OFDM de banda base antes de que la señal sea procesada por un front-end de radio para convertirla en una señal de RF, que luego es transmitida por una antena.

Una ventaja significativa de CI-OFDM sobre otras técnicas OFDM es que la difusión de CI da forma a las características del dominio del tiempo de la forma de onda transmitida. Por lo tanto, las señales CI-OFDM tienen una relación de potencia pico a promedio (PAPR) o factor de cresta mucho más baja en comparación con otros tipos de OFDM. ^[1] Esto mejora enormemente la eficiencia energética y reduce el costo de los amplificadores de potencia utilizados en el transmisor de radio.

Un receptor CI-OFDM elimina el prefijo cíclico de una transmisión CI-OFDM recibida y realiza la demodulación OFDM con una DFT (por ejemplo, una FFT) que se usa normalmente en los receptores OFDM. Los valores de símbolo de dispersión de CI se recopilan de sus respectivas subportadoras en un proceso de mapeo inverso y pueden ecualizarse para compensar el desvanecimiento por trayectos múltiples o procesarse para la demultiplexación espacial . El des-esparcidor de CI realiza una DFT inversa en los símbolos de propagación para recuperar los símbolos de datos originales.

Transmisor y receptor CI-OFDM

Dado que la codificación CI puede dar forma a las características en el dominio del tiempo de la forma de onda transmitida, se puede utilizar para sintetizar varias formas de onda, como señales de espectro ensanchado de secuencia directa ^[2] y de cambio de frecuencia ^[3] [4]. La ventaja es que el receptor puede seleccionar la ecualización en el dominio del tiempo o en el dominio de la frecuencia en función de la cantidad de dispersión que se produce en el canal de transmisión. Para entornos de dispersión rica, la ecualización en el dominio de la frecuencia mediante FFT requiere menos cálculo que la ecualización en el dominio del tiempo convencional y funciona sustancialmente mejor.

Historia de la CI

La CI fue presentada por Steve Shattil, científico de Idris Communications, en la patente de EE.UU. 5.955.992, ^[4] presentada el 12 de febrero de 1998, y en el primero de muchos artículos ^[5] en abril de 1999. El concepto se inspiró en el bloqueo de modo óptico en el que la síntesis en el dominio de frecuencia utilizando una cavidad resonante produce el tiempo deseado -Características de dominio en la señal óptica transmitida. En los sistemas de radio, los usuarios comparten las mismas subportadoras, pero utilizan diferentes códigos de CI ortogonales para lograr el acceso múltiple de interferencia de portadora (CIMA) a través de mecanismos de interferometría espectral .

Muchas aplicaciones de los principios de CI se publicaron en docenas de solicitudes de patente posteriores, artículos de conferencias y artículos de revistas. CI en OFDM con salto de frecuencia se describe en la solicitud de patente internacional WO 9941871. ^[6] CI en comunicaciones de fibra óptica y MIMO se describe en US 7076168. ^[7] US 6331837 ^[8] describe la demultiplexación espacial utilizando señales multiportadora que elimina la necesidad para múltiples antenas receptoras. La codificación CI de señales de referencia se describe en el documento US 7430257. ^[9] El uso de CI para la codificación de red lineal y la codificación cebolla se describe en el documento US 20080095121 ^[10]en el que se utilizan códigos lineales aleatorios basados ​​en el canal multitrayecto natural para codificar señales transmitidas enrutadas por nodos en una red de igual a igual de varios saltos.

La similitud entre el procesamiento de conjuntos de antenas y el procesamiento de CI se reconoció desde los primeros trabajos en CI. Cuando CI se combina con matrices en fase , el cambio de fase continuo entre subportadoras hace que el patrón de haz de la matriz escanee en el espacio, lo que logra diversidad de transmisión y representa una forma temprana de diversidad de retardo cíclico . ^{[11] [12] [13]} Se han estudiado combinaciones de codificación CI con precodificación MIMO, ^[14] y la idea de utilizar CI en sistemas de antenas distribuidas precodificadas con MIMO con coordinación central se dio a conocer por primera vez en una solicitud de patente provisional en 2001 . ^[15] Radio definida por software basada en CI(SDR) que implementó cuatro pilas de protocolos diferentes se desarrolló en Idris en 2000 y se describe en el documento US 7418043. ^[16]

Descripción matemática

En la difusión de OFDM, la difusión se realiza a través de subportadoras ortogonales para producir una señal de transmisión expresada por x = F ⁻¹ Sb donde F ⁻¹ es una DFT inversa, S es una matriz de código de difusión de OFDM y b es un vector de símbolo de datos. La DFT inversa generalmente emplea un factor de sobremuestreo , por lo que su dimensión es KxN (donde K > N es el número de muestras en el dominio del tiempo por bloque de símbolo OFDM), mientras que la dimensión de la matriz de código OFDM extendido es NxN .

En el receptor, la señal OFDM extendida recibida se expresa mediante r = HF ⁻¹ Sb , donde H representa una matriz de canales. Dado que el uso de un prefijo cíclico en OFDM cambia la matriz del canal tipo Toeplitz en una matriz circulante, la señal recibida se representa mediante

r = F ⁻¹ Λ _H FF ⁻¹ Sb

= F −1 Λ H Sb

donde la relación H = F ^-1 Λ _H F es de la definición de una matriz circulante, y Λ _H es una matriz diagonal cuyos elementos diagonales corresponden a la primera columna de la matriz de canal circulant H . El receptor emplea un DFT (como es típico en OFDM) para producir

y = Λ _H Sb .

En el caso trivial, S = I , donde I es la matriz de identidad, da OFDM regular sin propagación.

La señal recibida también se puede expresar como:

r = F ⁻¹ Λ _H FF ⁻¹ ( Λ _C F ) b ,

donde S = Λ _C F , y C es una matriz circulante definida por C = F ⁻¹ Λ _C F , donde Λ _C es la matriz diagonal del circulante. Por tanto, la señal recibida, r , se puede escribir como

r = F ⁻¹ Λ _H Λ _C Fb = F ⁻¹ Λ _C Λ _H Fb ,

y la señal y después de la DFT del receptor es y = Λ _C Λ _H Fb

La matriz de expansión S puede incluir una matriz diagonal de ecualización previa (por ejemplo, Λ _C = Λ _H ⁻¹ en el caso de forzamiento cero), o la ecualización se puede realizar en el receptor entre el DFT (demodulador OFDM) y el inverso- DFT (des-esparcidor de CI).

En el caso más simple de CI-OFDM, la matriz de expansión es S = F (es decir, Λ _C = I , por lo que la matriz de expansión de CI es solo la matriz NxN DFT). Dado que la DFT sobremuestreada de OFDM es KxN , con K > N , la matriz de expansión de CI básica funciona como un filtro de modelado de pulso sinc que asigna cada símbolo de datos a un pulso desplazado cíclicamente y colocado ortogonalmente formado a partir de una superposición de subportadoras OFDM. Otras versiones de CI pueden producir formas de impulso alternativos mediante la selección de diferentes matrices diagonales Λ _C .

Propiedades útiles

1. PAPR bajo ( factor de cresta )
2. Baja sensibilidad a la distorsión no lineal.
3. Baja sensibilidad al desplazamiento de la frecuencia portadora
4. Robustez a desvanecimientos profundos (nulos espectrales)

Ver también

• Multiplexación de subportadoras
• MC-CDMA
• OFDM

Referencias

1. Tecnologías de múltiples portadoras para la comunicación inalámbrica (2002 ed.). Stanford, California: Springer. 2001-11-30. ISBN 9780804725071.
2. Zhiqiang Wu; Nassar, C .; Shattil, S. (2001). "DS-CDMA de banda ultraancha a través de innovaciones en la conformación de chips". IEEE 54th Vehicular Technology Conference. VTC Fall 2001. Procedimientos (Cat. No.01CH37211) . 4 . págs. 2470–2474. doi : 10.1109 / VTC.2001.957194 . ISBN 978-0-7803-7005-0.
3. Natarajan, B .; Nassar, CR; Shattil, S. (2001). "Bluetooth mejorado e IEEE 802.11 (FH) mediante implementación multiportadora de la capa física". 2001 Simposio de tecnologías emergentes de IEEE sobre comunicaciones de banda ancha para la era de Internet. Resumen del simposio (Cat. No.01EX508) . págs. 129-133. doi : 10.1109 / ETS.2001.979440 . ISBN 978-0-7803-7161-3.
4. US 5955992 , "Cavidad de retroalimentación con desplazamiento de frecuencia utilizada como controlador de antena de arreglo en fase y transmisor de espectro ensanchado de acceso múltiple de interferencia de portadora"
5. Nassar, CR; Natarajan, B .; Shattil, S. (1999). "Introducción de la interferencia de portadora al acceso múltiple de espectro ensanchado". 1999 IEEE Emerging Technologies Symposium. Comunicaciones y sistemas inalámbricos (IEEE Cat. No.99EX297) . págs. 4.1–4.5. doi : 10.1109 / ETWCS.1999.897312 . hdl : 2097/4274 . ISBN 978-0-7803-5554-5.
6. WO9941871 , "Sistema y método de acceso múltiple"
7. US 7076168 , "Método y aparato para usar interferometría multiportadora para mejorar las comunicaciones por fibra óptica"
8. US 6331837 , "Multiplexación de interferometría espacial en comunicaciones inalámbricas"
9. US 7430257 , " Subcapa multiportadora para canal de secuencia directa y codificación de acceso múltiple"
10. US 20080095121 , "Redes de interferometría portadora"
11. Zekavat, Seyed Alireza; Nassar, Carl R .; Shattil, Steve (2000). "Barrido espacial de antena inteligente para una direccionalidad combinada y diversidad de transmisión". Revista de Comunicaciones y Redes . 2 (4): 325–330. doi : 10.1109 / JCN.2000.6596766 .
12. Zekavat, SA; Nassar, CR; Shattil, S. (2002). "Fusión de DS-CDMA (con formas de chip CI) y conjuntos de antenas inteligentes de haz oscilante: aprovechando la diversidad de transmisión, la diversidad de frecuencia y la direccionalidad". 2002 IEEE International Conference on Communications. Actas de congresos. ICC 2002 (No de catálogo 02CH37333) . 2 . págs. 742–747. doi : 10.1109 / ICC.2002.996954 . ISBN 978-0-7803-7400-3.
13. Shattil, S .; Nassar, CR (1999). "Sistemas de control de matrices para protocolos multiportadora que utilizan una cavidad de retroalimentación con desplazamiento de frecuencia". RAWCON 99. 1999 IEEE Radio y conferencia inalámbrica (Cat. No.99EX292) . págs. 215–218. doi : 10.1109 / RAWCON.1999.810968 . ISBN 978-0-7803-5454-8.
14. Barbosa, PR; Zhiqiang Wu; Nassar, CR (2003). "MIMO-OFDM de alto rendimiento mediante interferometría de portadora". GLOBECOM '03. Conferencia global de telecomunicaciones IEEE (IEEE Cat. No.03CH37489) . 2 . págs. 853–857. doi : 10.1109 / GLOCOM.2003.1258360 . ISBN 978-0-7803-7974-9.
15. Patente de EE. UU. Apl. 60286850, "Método y aparato para utilizar la interferometría de portadora para procesar señales de portadora múltiple"
16. US 7418043 , "Protocolo de transmisión multiportadora de alto rendimiento adaptable por software"