BRPI0817599B1

BRPI0817599B1 - método e sistema para reduzir de forma adaptável uma razão de potência de pico para potência média em uma estação móvel

Info

Publication number: BRPI0817599B1
Application number: BRPI0817599-3A
Authority: BR
Inventors: Ning Guo; Neil McGowan; Bradley John Morris
Original assignee: Apple Inc
Priority date: 2007-10-04
Filing date: 2008-10-03
Publication date: 2020-10-20
Also published as: US8842757B2; US20090092195A1; EP2541860B1; EP2206307A1; US20130329817A1; EP2206307A4; BRPI0817599A2; CN101861720B; EP2206307B1; WO2009043172A1; KR20100058638A; EP2541860A2; US8331466B2; JP5317302B2; EP2541860A3; JP2010541431A; CN101861720A; KR101524890B1

Abstract

MÉTODO E SISTEMA PARA REDUÇÃO ADAPTÁVEL DE RAZÃO DE POTÊNCIA DE PICO PARA POTÊNCIA MÉDIA EM REDES DE COMUNICAÇÃO OFDM. A invenção refere-se a um método e de um sistema que de forma adaptável reduz uma razão de potência de pico para a potência média em um sistema de comunicação. A energia tem a amplitude limitada a partir de pelo menos um pico de um sinal modulado. O sinal modulado inclui várias subportadoras. Pelo menos uma subportadora de dados é de forma adaptável selecionada para o uso na redução de razão de potência de pico para a potência média baseado na informação de planejamento conhecida. A energia com a amplitude limitada é distribuída entre pelo menos uma subportadora de dados.

Description

CAMPO DA INVENÇÃO

[0001] A presente invenção refere-se, em geral, a um método e sistema para controle de potência em sistemas de comunicação e mais especificamente a um método e sistema para reduzir a razão de potência de pico para potência média ("PAPR") por de forma adaptável distribuir energia em excesso entre subportadoras reservadas e ativas em sistemas de comunicação com multiplexação por divisão em frequências ortogonais ("OFDM").

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

[0002] O uso da tecnologia de Multiplexação por Divisão em Frequências Ortogonais ("OFDM") está sempre crescendo dentro das aplicações sem uso de fios tal como celular e Sistemas de Comunicação Pessoal ("PCS") devido a sua confiabilidade e alta eficiência espectral. A OFDM possui uma alta tolerância aos sinais multipercursos e é espectralmente eficiente, o que torna a mesma uma boa escolha para os sistemas de comunicação sem uso de fios. A OFDM tem ganhado considerável interesse em diversas aplicações de comunicação digital devido as suas propriedades favoráveis como a alta eficiência espectral, robustez aos desvanecimentos de canal imunidade à interferência de impulso, densidade espectral média uniforme e capacidade de manipulação de ecos muito fortes. A tecnologia OFDM agora é utilizada em vários novos esquemas de comunicação de banda larga e em vários outros sistemas de comunicação sem uso de fios.

[0003] Mais especificamente, a OFDM é uma forma especial de modulação de multiportadora que utiliza algoritmos de Processador de Sinal Digital ("DSP") tal como a Transformada Rápida de Fourier Inversa ("IFFT") para gerar formas de onda que são mutuamente ortogonais e a Transformada Rápida de Fourier ("FFT") para operações de demodulação.

[0004] Entretanto, existem algumas questões com respeito à OFDM. Tais questões incluem a alta Razão de Potência de Pico para Potência Média ("PAPR") e o deslocamento de frequência. Uma alta PAPR causa saturação nos amplificadores de potência, levando aos produtos de intermodula-ção entre as subportadoras e a perturbações de energia fora de banda. Portanto, é desejável reduzir a PAPR. De modo a atender aos requerimentos de emissões fora de banda, um amplificador de potência e outros componentes com esta entrada de alta PAPR são exigidos de proporcionar uma boa linearidade em uma grande faixa dinâmica. Este requerimento de potência torna o amplificador de potência um dos componentes mais caros dentro do sistema de comunicação. A alta PAPR também significa que a operação do amplificador de potência possui baixa eficiência de potência, o que reduz a vida útil da bateria para as estações móveis relacionadas. Uma PAPR elevada para os amplificadores da infraestrutura aumenta o consumo de energia e a geração de calor, comprometendo a confiabilidade do sistema e limitando as opções de emprego devido aos requerimentos de resfriamento do sistema.

[0005] Um sinal OFDM exibe uma alta PAPR porque as fases independentes das subportadoras significam que os sinais da subportadora frequentemente podem se combinar de forma construtiva permitindo o pico do sinal ficar em alta até N vezes a potência média (onde N é o número de subportadoras). Estes picos grandes aumentam a quantidade de distorção intermodulação resultando em um aumento na taxa de erro. A potência média do sinal deve ser mantida baixa de modo a impedir limitação de ganho do amplificador do transmissor. Minimizar a PAPR permite que uma potência média mais elevada seja transmitida em relação a uma potência de pico fixada, melhorando a razão de sinal para ruído como um todo no receptor. Portanto, é desejável reduzir ou de outro modo minimizar, a PAPR.

[0006] Tradicionalmente, de modo a manipular uma PAPR alta, um sistema utiliza uma cadeia de sinais lineares. Qualquer não-linearidade na cadeia de sinais irá causar distorção de intermodulação e degradar a qualidade do sinal. O requerimento de linearidade é exigente, especialmente para o conjunto de circuitos de saída RF do transmissor onde os amplificadores frequentemente são projetados para serem não lineares de modo a minimizar o consumo de energia.

[0007] Os métodos anteriores de redução da PAPR podem ser classificados em dois grupos incluindo Modelagem de Constelação ("CS"), por exemplo, expansão sem distorção ou ativa de constelação, e Reserva de Tom ("TR"). Com os métodos CS, a constelação de modulação é alterada de modo que a PAPR obtida seja menor do que o valor requerido com os critérios de erro de canal satisfeitos. Com os métodos TR, os tons reservados são designados com valores tais que a PAPR obtida é menor do que o valor requerido com os critérios de erro de canal satisfeitos. No método de reserva de tom, a ideia é reservar um pequeno conjunto de tons, ou subportadoras, para a redução da PAPR. A quantidade de redução da PAPR depende do número de tons reservados, de suas localizações dentro do vetor de frequência e da quantidade de complexidade. Outros métodos para reduzir a PAPR também são possíveis, mas eles afetam a qualidade do sinal ou a Magnitude de Vetor de Erro ("EVM"). Tal método é escrito na Publicação de Patente dos Estados Unidos n- 2007/0140101, para Guo e outros, publicada em 21 de junho de 2007, denominada "System and Method for Reducing Peak-to-Average Power Ratio in Orthogonal Frequency Division Multiplexing Signals using Reserved Spectrum", cujas instruções em sua totalidade são incorporadas por referência neste documento.

[0008] Nos sistemas OFDM factíveis, uma pequena quantidade de limitação do sinal a certa amplitude ("clipping") de pico é permitida para limitar a PAPR em uma negociação entre linearidade e consumo de força. Entretanto, o filtro de saída do transmissor, o qual é requerido para reduzir os impulsos fora de banda para níveis legais, tem a tendência de voltar para níveis de pico que foram limitados a certa amplitude, assim, a limitação do sinal a certa amplitude sozinha não tem sido um meio eficaz para reduzir a PAPR. Um método de redução de PAPR TR limita a amplitude do sinal de pico e limita a volta de elevação do pico do sinal pela distribuição da energia em excesso limitada a certa amplitude entre subportadoras reservadas conhecidas enquanto impedindo esta distorção ou ruído de afetar qualquer subportadora ativa, isto é, subportadoras transportando dados do usuário. Entretanto, em qualquer dado momento, nem toda subportadora "ativa" ou não- reservada está realmente transportando dados ou seria de forma adversa afetada pela adição de uma pequena quantidade de ruído. Adicionalmente, apesar de possuir um alto número de subportadoras reservadas para distribuição de potência ajudar na redução da PAPR geral, o resultado é que existem menos subportadoras disponíveis para transportar dados. Assim, os métodos TR anteriores também diminuem a capacidade potencial do sistema.

[0009] Portanto, o que é necessário são um sistema e método para reduzir a razão de potência de pico para potência média dos sistemas de comunicação OFDM por de forma adaptável distribuir a energia em excesso limitada a certa amplitude entre as subportadoras reservadas e ativas.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

[0010] A presente invenção de forma vantajosa proporciona um método e sistema para reduzir a razão de potência de pico para potência média nos sistemas de comunicação com multiplexação por divisão em frequências ortogonais. Geralmente, a energia de pico de um sinal transportando um símbolo OFDM é limitada a certa amplitude e a energia limitada a certa amplitude é distribuída entre uma combinação de subportadoras reservadas e subportadoras transportando dados. O sinal limitado a certa amplitude é passado através de um filtro criado no domínio de frequência que possui coeficientes determinados baseados em informações conhecidas a partir de um planejador com respeito à composição do sinal, por exemplo, o número total de subportadoras, a quantidade de subportadoras para cada esquema de modulação, se uma subportadora atualmente transporta dados, etc.

[0011] De acordo com uma modalidade da presente invenção, é proporcionado um método para de forma adaptável reduzir a razão de potência de pico para potência média em um sistema de comunicação. A energia é limitada a certa amplitude a partir de pelo menos um pico de um sinal modulado. O sinal modulado inclui várias subportadoras. Pelo menos uma subportadora de dados é de forma adaptável selecionada para uso em redução de razão de potência de pico para potência média baseado em informação de planejamento conhecida. A energia limitada a certa amplitude é de forma adaptável distribuída para pelo menos uma subportadora de dados.

[0012] De acordo com outro aspecto da presente invenção, um sistema para de forma adaptável reduzir uma razão de potência de pico para potência média em um sistema de comunicação inclui um planejador, um limitador de amplitude e um filtro. O planejador opera para de forma adaptável selecionar pelo menos uma subportadora de dados para a redução de razão de potência de pico para a potência média. O limitador de amplitude opera para limitar a amplitude da energia a partir de pelo menos um pico de um sinal modulado. O sinal modulado inclui um símbolo de multiplexação por divisão em frequências ortogonais possuindo várias subportadoras. O filtro está acoplado de forma comunicativa com o planejador e com o limitador de amplitude. O filtro opera para de forma adaptável distribuir a energia limitada a certa amplitude entre pelo menos uma subportadora de dados.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[0013] Um entendimento mais completo da presente invenção e das vantagens e aspectos acompanhantes da mesma serão mais prontamente entendidos por referência à descrição detalhada seguinte quando considerada em conjunto com os desenhos acompanhantes, nos quais:

[0014] A FIGURA 1 é um diagrama de blocos de um sistema ilustrativo de redução de razão de potência de pico para a potência média, construído no domínio de frequência de acordo com os princípios da presente invenção;

[0015] A FIGURA 2 é um gráfico de uma resposta ilustrativa de filtro F construído de acordo com os princípios da presente invenção;

[0016] A FIGURA 3 é um diagrama de blocos de um sistema alternativo para a redução de razão de potência de pico para a potência média ("PAPR") construído no domínio do tempo, de acordo com os princípios da presente invenção; e

[0017] A FIGURA 4 é um gráfico de uma resposta ilustrativa da função g construída de acordo com os princípios da presente invenção.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO

[0018] Antes de descrever em detalhes as modalidades ilustrativas que estão de acordo com a presente invenção, é observado que as modalidades residem principalmente em combinações de componentes do aparelho e das etapas de processamento relacionadas com a implementação de um sistema e método para reduzir a razão de potência de pico para a potência média ("PAPR") para de forma adaptável distribuir a energia em excesso limitada a certa amplitude entre as subportadoras reservadas e ativas nos sistemas de comunicação com multiplexação por divisão em frequências ortogonais ("OFDM"). Por consequência, os componentes do sistema e do método foram representados, onde apropriado, por símbolos convencionais nos desenhos, apresentando somente os detalhes específicos que são pertinentes para o entendimento das modalidades da presente invenção, de modo a não obscurecer a revelação com detalhes que serão prontamente aparentes para os versados na técnica tendo o benefício da descrição neste documento.

[0019] Como utilizado neste documento, os termos relacionais, tal como "primeiro" e "segundo", "de cima" e "de baixo", e assim por diante, podem ser utilizados somente para distinguir uma entidade ou elemento de outra entidade ou elemento, sem necessariamente requerer ou implicar em qualquer relação ou ordem física ou lógica entre tais entidades ou elementos.

[0020] Uma modalidade da presente invenção de forma vantajosa proporciona um método e sistema para reduzir a PAPR pela distribuição da energia em excesso entre subportadoras reservadas e ativas nos sistemas de comunicação OFDM. Geralmente, um planejador designa para os usuários diferentes subportadoras com diferentes esquemas de modulação, e rastreia as designações correntes. Esta informação é utilizada para de forma interativa determinar as subportadoras nas quais ruído adicional é aceitável, bem como a quantidade de ruído aceitável. A PAPR reduzida reduz os custos do sistema como um todo por permitir o uso de amplificadores de potência inferiores, bem como aumento da flexibilidade da configuração do sistema. Adicionalmente, uma modalidade da presente invenção aumenta a capacidade do sistema como um todo por diminuir o número de subportadoras reservadas somente para os efeitos de ruído em excesso, e pela distribuição destes efeitos para subportadoras ativas no momento no qual o ruído possui impacto negativo mínimo sobre a performance do sistema.

[0021] Exemplos de sistemas de comunicação OFDM incluem, mas não estão limitados, aos protocolos sem o uso de fios, tal como o protocolo de rede de área local sem o uso de fios ("WLAN") definido de acordo com os padrões de rádio do Institute of Electrical and Electronics Engineering ("IEEE") 802.11a, b, g, e n (daqui para frente, "Wi-Fi"), o padrão de acesso sem o uso de fios, a banda larga fixa / MAN sem o uso de fios ("BQA") definido de acordo com o IEEE 802.16 (daqui para frente "WiMAX"), o protocolo de Evolução a Longo Prazo 3GPP de banda larga móvel ("LTE") possuindo o Acesso a Pacote OFDM de Alta Velocidade com interface aérea ("HSOPA") ou Acesso Rádio Terrestre UMTS Evoluído ("E-UTRA"), o protocolo de Banda Larga Móvel Ultra 3GPP2 ("UMB"), o protocolo de radiodifusão de áudio digital de sistemas de rádio digital ("DAB"), o Radio Híbrido Digital ("HD"), a Difusão de Vídeo Digital de Sistema de TV Digital Terrestre - Terrestre ("DVB-T"), a Flash-OFDM de sistemas de comunicação celular, etc. Os protocolos com o uso de fios utilizando as técnicas OFDM incluem o acesso de banda larga da Linha Digital de Assinante Assimétrica ("ADSL") e a Linha Digital de Assinante com Alta Taxa de Bits ("VDSL"), a comunicação de linha de força ("PLC") incluindo Banda Larga através de Linhas de Transmissão de Força ("BPL") e interoperabilidade doméstica de Multimídia sobre Coax Alliance ("MoCa").

[0022] As subportadoras das portadoras OFDM podem ser moduladas utilizando vários esquemas de modulação, tal como Modulação Binária por Deslocamento de Fase ("BPSK"), Modulação por Deslocamento de fase de Quadratura ("QPSK"), modulação de amplitude de Quadratura ("16QAM" ou "64QAM"), etc.

[0023] Referindo-se agora aos desenhos nos quais designadores de referência iguais se referem a elementos iguais, é apresentado na FIGURA 1 um sistema de redução de razão de potência de pico para a potência média ("PAPRR") construído de acordo com os princípios da presente invenção e designado geralmente como "10". O sistema PAPRR 10 inclui um planejador 12 que determina quando cada símbolo OFDM de um pacote de dados é para ser transmitido e mapeia os dados em um sinal OFDM antes da modulação pelo modulador 14. O planejador 12 também designa para os usuários diferentes subportadoras com diferentes esquemas de modulação. Rastreia as designações correntes e interage com uma unidade de configuração 16, tal como um controlador ou processador, para determinar quais subportadoras podem estar disponíveis para a redução da PAPR.

[0024] A taxa de transmissão efetiva do sistema geralmente é em função das propriedades do planejador e do número de subportadoras reservadas. Em outras palavras, Taxas de Transmissão Efetiva = fi (Nrsch, Planejador). Um pequeno número de subportadoras reservadas geralmente aumenta a taxa de transmissão efetiva do sistema à custa da PAPR. Adicionalmente, o planejador 12 implementa algum tipo de mecanismo de legitimidade, tal como legitimidade proporcional ou ponderada. Com um planejador justo, um símbolo OFDM pode consistir em subportadoras com ordem mais elevada, por exemplo, 64QAM, bem como modulações de ordem inferior, por exemplo, QPSK.

[0025] O erro residual da constelação ("RCE") também conhecido como magnitude do vetor de erro ("EVM") para certos protocolos é uma medição que reflete a distância a partir de cada ponto de dado real até o seu ponto ideal na constelação. O RCE é em função do algoritmo PAPRR utilizado, do número de subportadoras reservadas, do número de subportadoras para diferentes esquemas de modulação (por exemplo, 64 QAM, 16 QAM, etc.), e das propriedades do planejador. Em outras palavras, RCE = f2(AlgopAPRR, Nrsch, NΘ4QAM, NIΘQAM,Planejador). O algoritmo PAPRR controla os níveis de erros de constelação em diferentes modulações de acordo com os requerimentos. Geralmente, um número grande de subportadoras reservadas é necessário de modo a se ter um RCE menor.

[0026] O planejador 12 limita um número de símbolos com modulação de ordem superior, por exemplo, 64 QAM. O planejador 12 determina o número de subportadoras reservadas baseado, em parte, no número de símbolos com modulações de ordem mais elevada e nos requerimentos RCE.

[0027] Deve ser observado que, de acordo com uma modalidade da presente invenção, os erros de constelação e as subportadoras são definidos no domínio de frequência. O planejamento e o total do processamento real também são executados no domínio de frequência. Adicionalmente, os símbolos OFDM são modulados em um sinal portador OFDM no domínio de frequência.

[0028] O sinal modulado é convertido para o domínio do tempo pela passagem do sinal através de uma transformada rápida de Fourier inversa ("IFFT") 18. Um comutador 20 opera para capturar um símbolo OFDM para o processamento PAPRR antes da transmissão. Quando o comutador 20 está na posição A, um único símbolo OFDM é passado a partir do modulador 14. O comutador 20 então muda para a posição B durante o processamento PAPR do símbolo OFDM. Um segundo comutador 21, quando na posição aberta, impede o símbolo OFDM de ser transmitido até após o processamento PAPRR ter sido completado.

[0029] O sinal OFDM, no domínio do tempo, é passado através de um limitador de amplitude 22 que limita a amplitude dos picos do sinal, desse modo limitando a potência de pico. Baseada nos requerimentos de performance recebidos a partir do planejador 12, a unidade de configuração 16 define o nível PAPR de saída desejado como a saída pelo estabelecimento do limite de limitação de amplitude, THCiiPPing, utilizado pelo limitador de amplitude 22. O sinal contendo a energia com amplitude limitada a partir dos picos é transformado de volta para o domínio de frequência por uma transformada rápida de Fourier ("FFT") 24 e passado através de um filtro distribuidor de energia 26 possuindo coeficientes determinados por um gerador de filtro F 28 de acordo com a informação a partir do planejador 12 e da unidade de configuração 16 com respeito ao número de subportadoras e de seu esquema de modulação associado ou a condição da subportadora reservada. O filtro distribuidor de energia 26 distribui o ruído ou a distorção criada pelo processo de limitação de amplitude nas subportadoras onde o planejador 12 indicou que o ruído adicional pode ser tolerado. O sinal filtrado é transformado de novo para o domínio do tempo por uma segunda IFFT 30 e combinado com o sinal original através de um subtraidor que, na verdade, remove o sinal com amplitude limitada e filtrado a partir do sinal original modulado antes de ser alimentado de volta através do limitador de amplitude 22 para as repetições adicionais. De forma ideal, o número de repetições se aproxima do infinito; entretanto, aplicações práticas limitam o número de repetições geralmente para cerca de três ou quatro. Repetições adicionais não produzem resultados melhorados de forma significativa e geralmente não são necessárias.

[0030] A unidade de configuração 16 seleciona se o número de repetições é fixo ou variável, determina um fator de controle de novo aumento, σ, e define a quantidade máxima e mínima de recursos disponíveis para o uso da PAPRR, por exemplo, no WiMAX, o número total de subportadoras. O fator de controle de novo aumento σ é utilizado para controlar o novo aumento dos picos após a limitação de amplitude e para otimizar a performance do processo PAPRR. O fator de controle de novo aumento é discutido em maiores detalhes abaixo. A unidade de configuração 16 também define a função de reserva de recurso, /RRÇ), a qual determina a quantidade, Nrsch, de subcanais reservados para propósitos de PAPRR, de acordo com a quantidade de subportadoras moduladas com esquemas específicos de modulação. Em outras palavras, NrsCh = fRR (NB4QAM, NI6QAM, NQPSK). A unidade de configuração 16 comunica a função de reserva de recurso para o planejador 12 que utiliza esta função ao planejar os dados do usuário nas subportadoras.

[0031] Por exemplo, no caso hipotético de um sistema de comunicação WiMAX que utiliza exclusivamente a modulação 64QAM, o número de subcanais reservados para a PAPR pode ser simplesmente em função do número total de subcanais possuindo subportadoras moduladas pelo 64QAM. Assim,

[0032] Portanto, se o sistema tiver menos do que dois subcanais Nβ4QAMcom modulação 64QAM, nenhum subcanal reservado é requerido. Se o sistema tiver entre 2 e 4 subcanais N64QAM, com modulação 64QAM, um subcanal reservado é necessário, e assim por diante.

[0033] A tabela 1 ilustra um exemplo mais complexo de um sistema de comunicação WiMAX que utiliza vários esquemas de modulação. Neste exemplo, o número de subportadoras reservadas pode ser armazenado na forma de uma tabela de consulta.

Tabela 1: Número de subcanais reservados requeridos para diferentes esquemas de modulação.

[0034] Assim, de acordo com o exemplo apresentado na Tabela 1, com um subcanal reservado, o sistema pode suportar até 4 subcanais QPSK, 6 subcanais 16QAM, e 5 subcanais 64QAM, e ainda ir ao encontro de suas metas de PAPR desejadas.

[0035] Adicionalmente, a unidade de configuração 16 define uma função de distribuição de energia, /£D(), baseada no RCE ou nos requerimentos de qualidade do sinal. A função de distribuição de energia determina um vetor, F, dos pesos no piloto, nas subportadoras reservadas e nas subportadoras de dados moduladas com diferentes ordens como

[0036] O planejador 12 mantém um registro da quantidade de subportadoras designadas para as diferentes ordens de modulação durante um planejamento, bem como das subportadoras específicas que foram designadas para diferentes ordens de modulação. Baseado na distribuição ou combinação das quantidades de recursos designadas para as diferentes ordens de modulação, o planejador 12 decide se uma unidade de um recurso, por exemplo, um canal particular, deve ser reservado para propósitos da PAPRR. O planejador 12 comunica o mapeamento das subportadoras moduladas e reservadas para a PAPR para o gerador de filtro F 28.

[0037] O gerador de filtro F 28 obtém a função de distribuição de energia ÍEDÇ) e o fator de controle de novo aumento σ a partir da unidade de configuração 16, e o mapeamento de subportadora para cada símbolo OFDM a partir do planejador 12. O gerador de filtro F 28 utiliza a função de distribuição de energia ÍEDÇ), O fator de controle de novo aumento σ e o mapeamento de subportadora para gerar os coeficientes para construir um filtro distribuidor de energia 26 para cada símbolo OFDM.

[0038] Uma modalidade da presente invenção calcula os coeficientes do filtro F por assumir que L esquemas de modulação existem dentro de um símbolo OFDM possuindo ki, k.2, kL subportadoras para cada esquema de modulação, respectivamente, então

[0039] A energia média de subportadoras do esquema /, onde / = 1, 2, ..., L é denotado como Ei. Uma razão de intensificação de potência das subportadoras com o /-ésimo esquema em relação a um 12 esquema requer dEj, j= 1,2, L, onde

[0040] O conjunto de subportadoras com o /-ésimo esquema de modulação é denotado como SCS/. K esquemas são utilizados para a redução da PAPR, e, sem perda de generalidade, o esquema de modulação 1 possui a ordem mais elevada. Cada esquema possui ki, k2, kK subportadoras, respectivamente. Os requerimentos de Erro Residual de Constelação de cada esquema de modulação é denotado como RCEi. RCE2,RCEK,respectivamente, e são definidos como

onde Eclip]denota a energia média de interferência de limitação de amplitude em relação às subportadoras do esquema /, onde / = 1,2, ..., K. As razões RCE são denotadas como dRCEj, onde j = 2, ..., K, e podem ser determinadas por

[0041] Os seguintes cálculos são executados:

[0042] Os coeficientes de filtro F, F = {F]i = 0, ...N - 1}são determinados por encontrar F, onde

e normalizando o resultado.

[0043] Um fator de controle de novo aumento σ é utilizado para alcançar a PAPR mais baixa com a qualidade requerida do sinal utilizando o menor número de repetições. Quando o sinal com a amplitude limitada é convertido para o domínio de frequência pela FFT 24, passado através do filtro distribuidor de energia 26, da IFFT 30, e do subtraidor 32, o cancelamento é imperfeito, o que tem uma tendência de elevar a amplitude do pico, com o efeito de novamente aumentar o pico. O fator de controle de novo aumento pode ser visto como um "fator de agressividade", o qual determina o quão rápido, isto é, quantas repetições são necessárias para alcançar a meta de PAPR. O valor do fator de controle de novo aumento σ está entre 0 e 1 e é utilizado para dimensionar os coeficientes. Pela utilização de um σ apropriado, menos repetições são necessárias para alcançar a PAPR desejada. O fator de controle de novo aumento σ é determinado baseado no número de subportadoras reservadas NrSch, na combinação de subportadoras em diferentes ordens de modulação (em números, bem como em posições), na ordem de repetição iite, e nos requerimentos de qualidade do sinal. Em outras palavras, σ(//fe) = fσ(Nrsch, iite, N64QAM, NIΘQAM, NQPSK). Portanto, o fator de novo aumento pode variar para se adaptar ao sinal transmitido.

[0044] Um filtro distribuidor de energia ilustrativo 26 é descrito com referência à FIGURA 2. O filtro distribuidor de energia 26 é um filtro no domínio de frequência com coeficientes do filtro S. O filtro distribuidor de energia 26 de forma seletiva espalha a energia com amplitude limitada a partir dos picos do símbolo OFDM em subportadoras de acordo com a função de distribuição de energia de modo a satisfazer os requerimentos de RCE. Referindo-se ao filtro apresentado na FIGURA 2, deve ser observado que existem basicamente quatro níveis de coeficientes para este filtro ilustrativo. O nível mais alto 34 possui um coeficiente de aproximadamente 19, desse modo distribuindo a maioria da energia com amplitude limitada para estas subportadoras designadas com este coeficiente. Um segundo nível 36 possui um coeficiente de aproximadamente 10, e um terceiro nível 38 possui um coeficiente de aproximadamente 1,5. A energia em excesso com amplitude limitada a partir do sinal OFDM de pico é assim distribuída através do espectro da portadora em proporção aos pesos do coeficiente. Deve ser observado que as subportadoras próximas das bordas da banda recebem um coeficiente de 0, isto é, o nível 40, desse modo impedindo qualquer ruído em excesso de ser distribuído para estas subportadoras.

[0045] Referindo-se agora à FIGURA 3, uma modalidade alternativa da presente invenção é proporcionada, onde o sistema de PAPR 42 executa a filtragem real do sinal OFDM com a amplitude limitada no domínio do tempo. Da mesma forma que com a modalidade anterior, um planejador 12 determina quando cada símbolo OFDM de um pacote de dados é para ser transmitido e mapeia os dados em um sinal OFDM antes da modulação pelo modulador 14. O planejador interage com uma unidade de configuração 16 para determinar quais subportadoras estão disponíveis para a redução da PAPR. O sinal modulado é convertido para o domínio do tempo pela passagem do sinal através de uma transformada rápida de Fourier inversa ("IFFT") 18. Um comutador 20 coopera para capturar um símbolo OFDM para o processamento de PAPRR antes da transmissão. Quando o comutador 20 está na posição A, um único símbolo OFDM é passado a partir do modulador 14. O comutador 20 altera para a posição B durante o processamento de PAPRR do símbolo OFDM. O sinal OFDM, no domínio do tempo, é passado através de um limitador de amplitude 22 que limita a amplitude dos picos do sinal, desse modo limitando a potência do pico. Um segundo comutador 21, quando na posição aberta, impede o sinal OFDM de ser transmitido até que todas as repetições do processamento de PAPR estejam completadas.

[0046] Baseado nos requerimentos de performance recebidos a partir do planejador 12, a unidade de configuração 16 define o nível alvo de PAPR de saída na saída pelo estabelecimento do limite de limitação de amplitude, THciipping, utilizado pelo limitador de amplitude 22. Nesta modalidade, o filtro distribuidor de energia 26 ainda tem os seus coeficientes determinados no domínio de frequência por um gerador de filtro F 28 baseado na informação a partir do planejador 12 e da unidade de configuração 16 com respeito ao número de subportadoras e os seus esquemas de modulação associados; entretanto, o filtro distribuidor de energia 26 é transformado por uma IFFT 44 em um filtro de função g 46 que aplica a filtragem para o sinal com amplitude limitada no domínio de tempo. Como no exemplo acima, o sinal filtrado é combinado com o sinal original através do subtraidor 32 e o processo é repetido para uma série de repetições determinadas pela unidade de configuração 16. A FIGURA 4 ilustra o filtro F ilustrativo da FIGURA 2, transformado para um filtro de função g complementar.

[0047] O processo de PAPRR adaptável da presente invenção de forma vantajosa proporciona a taxa de transmissão efetiva mais elevada do que os métodos de PAPR anteriores, assim, aumentando a capacidade do sistema. A presente invenção também proporciona melhor performance da redução da PAPR comparado com os métodos da técnica anterior e está apta a se adaptar às alterações na carga do sistema enquanto mantendo o controle firme da qualidade do sinal, por exemplo, o RCE. A geração on-line dos coeficientes do filtro F permite uma configuração flexível sem aumentar muito a complexidade do processo de PAPRR.

[0048] A presente invenção pode ser realizada em hardware, em software, ou em uma combinação de hardware e software. Qualquer tipo de sistema de computador, ou outro aparelho adaptado para realizar os métodos descritos neste documento, é adequado para executar as funções descritas neste documento.

[0049] Uma combinação típica de hardware e de software poderia ser um sistema de computador de propósito especializado ou geral possuindo um ou mais elementos de processamento e um programa de computador armazenado em um meio de armazenamento, que, quando carregados e executados, controlam o sistema de computador de modo que ele realize os métodos descritos neste documento. A presente invenção também pode ser embutida em um produto de programa de computador, o qual compreende todos os aspectos capacitando a implementação dos métodos descritos neste documento, e que, quando carregado em um sistema de computação, está apto a realizar estes métodos. O meio de armazenamento se refere a qualquer dispositivo de armazenamento volátil ou não-volátil.

[0050] O programa ou a aplicação de computador no presente contexto significa qualquer expressão, em qualquer linguagem, código ou notação, de um conjunto de instruções pretendidas para causar que um sistema possuindo uma capacidade de processamento de informação para executar uma função particular diretamente ou após qualquer um ou ambos dentre o seguinte: a) conversão para a outra linguagem, código ou notação; b) reprodução em uma forma material diferente.

[0051] Em adição, a não ser que tenha sido feita menção acima ao contrário, deve ser observado que todos os desenhos acompanhantes não estão em escala. De forma significativa, esta invenção pode ser incorporada em outras formas específicas sem o afastamento do espírito ou dos atributos essenciais da mesma, e por consequência, deve ser feita referência às concretizações seguintes, ao invés do que ao relatório descritivo precedente, como indicando o escopo da invenção.

Claims

1. Método para reduzir de forma adaptável uma razão de potência de pico para potência média em uma estação móvel, o método caracterizado pelo fato de que compreende as etapas de: receber um sinal modulado, o sinal modulado compreendendo uma pluralidade de subportadoras de dados; limitar a amplitude do sinal modulado, em que a etapa de limitar a amplitude inclui limitar a amplitude de energia de pelo menos um pico do sinal modulado; distribuir a energia com amplitude limitada entre pelo menos uma das subportadoras de dados, em que a energia com amplitude limitada é distribuída usando um fator de controle de novo aumento, em que um valor do fator de controle de novo aumento está entre 0 e 1, em que o fator de controle de novo aumento é usado para controlar novo aumento do pelo menos um pico após a etapa de limitar a amplitude; e repetir de forma iterativa a distribuição com base no fator de controle de novo aumento.

2. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o sinal modulado inclui um símbolo de multiplexação por divisão em frequência ortogonal, em que o método ainda compreende a etapa de transmitir o sinal modulado após a etapa de repetir de forma iterativa.

3. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que as subportadoras de dados são moduladas usando uma pluralidade de esquemas de modulação.

4. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que ainda compreende a etapa de distribuir a energia com amplitude limitada entre pelo menos uma subportadora reservada.

5. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o sinal modulado inclui um símbolo de multiplexação por divisão em frequência ortogonal e em que o método ainda compreende as etapas de: designar dispositivos de comunicação para as subportadoras de dados; mapear o símbolo de multiplexação por divisão em frequência ortogonal no sinal modulado; e determinar a pelo menos uma subportadora de dados para distribuir a energia com amplitude limitada com base na etapa de designar os dispositivos de comunicação.

6. Método, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que ainda compreende as etapas de: transformar o sinal com amplitude limitada para uso em um domínio de frequência; filtrar o sinal transformado utilizando o filtro; transformar o sinal filtrado para uso em um domínio de tempo; e combinar o sinal filtrado transformado com o sinal modulado para produzir um sinal de saída possuindo uma razão de potência de pico para potência média menor que a razão de potência de pico para potência média do sinal modulado.

7. Método, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que o filtro inclui um coeficiente ponderado para cada subportadora.

8. Método, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que o coeficiente para cada subportadora é determinado com base pelo menos em parte na etapa de designar os dispositivos de comunicação, em uma quantidade total de subportadoras para o sinal modulado, em uma quantidade de subportadoras para cada esquema de modulação, em uma quantidade de subportadoras reservadas e em parâmetros de qualidade de sinal.

9. Método, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que os parâmetros de qualidade de sinal incluem a razão de potência de pico para potência média para o sinal de saída e o erro residual de constelação para cada subportadora.

10. Método, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que ainda compreende as etapas de: filtrar o sinal modulado com a amplitude limitada usando uma função g; e combinar a energia com a amplitude limitada filtrada com o sinal modulado com a amplitude limitada para produzir um sinal de saída possuindo uma razão de potência de pico para potência média menor que a razão de potência de pico para potência média do sinal modulado.

11. Método, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que a função g é construída ao: construir um filtro F em um domínio de frequência, o filtro F compreendendo um coeficiente ponderado para cada subportadora; e transformar o filtro F em uma função g para uso em um domínio de tempo.

12. Método, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que o coeficiente para cada subportadora é determinado pelo menos em parte com base na etapa de designar os dispositivos de comunicação, em uma quantidade total de subportadoras para o sinal modulado, em uma quantidade de subportadoras para cada esquema de modulação, em uma quantidade de subportadoras reservadas e em parâmetros de qualidade de sinal.

13. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o fator de controle de novo aumento é determinado com base pelo menos em parte em um número de subportadoras reservadas.

14. Sistema para reduzir de forma adaptável uma razão de potência de pico para potência média em uma estação móvel, o sistema caracterizado pelo fato de que compreende: um limitador de amplitude configurado para limitar a amplitude de um sinal modulado, em que a limitação de amplitude inclui limitar a amplitude de energia de pelo menos um pico do sinal modulado, o sinal modulado compreendendo uma pluralidade de subportadoras de dados, e um filtro, acoplado de forma comunicativa com o limitador de amplitude, em que o filtro é configurado para: distribuir de forma adaptável a energia com a amplitude limitada entre a pelo menos uma das subportadora de dados, o filtro possuindo coeficientes com bases pelo menos em parte em um fator de controle de novo aumento, em que o fator de controle de novo aumento é usado para pôr em escala os coeficientes do filtro, em que um valor do fator de controle de novo aumento está entre 0 e 1, em que o fator de controle de novo aumento é usado para controlar novo aumento do pelo menos um pico após a limitação de amplitude; e repetir de forma iterativa a distribuição com base no fator de controle de novo aumento.

15. Sistema, de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de que o filtro é ainda configurado para distribuir de forma adaptável a energia com amplitude limitada entre pelo menos uma subportadora reservada.

16. Sistema, de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de que ainda compreende: um planejador configurado para selecionar de forma adaptável a pelo menos uma subportadora de dados para redução da razão de potência de pico para potência média; e um transmissor configurado para transmitir o sinal modulado após a repetição de forma iterativa.

17. Sistema, de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de que o sinal modulado inclui um símbolo de multiplexação por divisão em frequência ortogonal, em que o sistema ainda compreende um planejador e um gerador de filtro acoplado de forma comunicativa ao planejador, em que o gerador de filtro é configurado para criar o filtro, e em que o planejador é configurado para: selecionar de forma adaptativa a pelo menos um subportadora de dados para redução de razão de potência de pico para potência média; designar dispositivos de comunicação para a pelo menos uma portadora de dados; mapear o símbolo de multiplexação por divisão em frequência ortogonal no sinal modulado; em que selecionar a pelo menos uma subportadora de dados é baseado na designação dos dispositivos de comunicação.

18. Sistema, de acordo com a reivindicação 17, caracterizado pelo fato de que o filtro é um filtro F, o filtro F incluindo um coeficiente ponderado para cada subportadora, o sistema ainda compreendendo: uma unidade de transformada rápida de Fourier acoplada de forma comunicativa com o limitador de amplitude e com o filtro, a unidade transformada rápida de Fourier configurada para transformar o sinal modulado com amplitude limitada para uso em um domínio de frequência; uma unidade transformada rápida de Fourier inversa acoplada de forma comunicativa com o filtro, em que a unidade transformada rápida de Fourier inversa é configurada para transformar o sinal filtrado com amplitude limitada para uso em um domínio de tempo; e um subtraidor, acoplado de forma comunicativa com a unidade de transformada rápida de Fourier inversa e com o limitador de amplitude, em que o subtraidor é configurado para combinar o sinal com amplitude limitada filtrado transformado com o sinal modulado para produzir um sinal de saída possuindo uma razão de potência de pico para potência média menor que a razão de potência de pico para potência média do sinal modulado.

19. Sistema, de acordo com a reivindicação 18, caracterizado pelo fato de que o gerador de filtro é configurado para determinar o coeficiente para pelo menos uma subportadora baseado pelo menos em parte na designação dos dispositivos de comunicação, em uma quantidade total de subportadoras para o sinal modulado, em uma quantidade de subportadoras para cada esquema de modulação, em uma quantidade de subportadoras reservadas, na razão de potência de pico para potência média para o sinal de saída, e em erro residual da constelação para pelo menos uma subportadora.

20. Sistema, de acordo com a reivindicação 19, caracterizado pelo fato de que ainda compreende uma unidade de configuração acoplada de forma comunicativa com o planejador e com o gerador de filtro, a unidade de configuração é configurada para: determinar um número de iterações e um limite de limitação de amplitude para o limitador de amplitude; determinar o fator de controle de novo aumento; e definir uma quantidade máxima e uma quantidade mínima de subportadoras disponíveis para a redução da razão de potência de pico para potência média.