La interferometría de portadora (CI) es un esquema de espectro ensanchado diseñado para usarse 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 propaga 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 pseudoruido binario, los códigos CI son códigos ortogonales de valores complejos . En el caso más simple, los valores del código CI son coeficientes de una matriz de transformada discreta de Fourier (DFT). Cada fila o columna de la matriz DFT proporciona un código de dispersión de CI ortogonal que propaga un símbolo de datos. La dispersión 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 inversa de Fourier (IFFT). Se puede seleccionar un bloque de subportadoras contiguas o, para lograr una mejor diversidad de frecuencias, se pueden usar subportadoras no contiguas distribuidas en una amplia banda de frecuencias. Se agrega un intervalo de guarda, como un prefijo cíclico (CP), a la señal CI-OFDM de banda base antes de que la señal sea procesada por una interfaz de radio para convertirla en una señal de RF, que luego se transmite por una antena.
Una ventaja significativa de CI-OFDM sobre otras técnicas OFDM es que la dispersión de CI da forma a las características en el dominio del tiempo de la forma de onda transmitida. Por lo tanto, las señales CI-OFDM tienen una relación pico-potencia 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) típicamente utilizada en receptores OFDM. Los valores de los símbolos de dispersión 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 demultiplexación espacial . El desensanchador de CI realiza una DFT inversa en los símbolos ensanchados para recuperar los símbolos de datos originales.
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 clave de desplazamiento 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 ricos en dispersión, la ecualización en el dominio de la frecuencia utilizando FFT requiere menos cálculo que la ecualización convencional en el dominio del tiempo y funciona sustancialmente mejor.
La CI fue presentada por Steve Shattil, científico de Idris Communications, en la patente de EE.UU. No. 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 la 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 CI ortogonales para lograr el acceso múltiple por interferencia de portadora (CIMA) a través de mecanismos de interferometría espectral .
Muchas aplicaciones de los principios de la IC se publicaron en docenas de solicitudes de patentes, ponencias en congresos y artículos de revistas posteriores. La CI en OFDM con salto de frecuencia se describe en la solicitud de patente internacional WO 9941871. [6] La CI en comunicaciones por fibra óptica y MIMO se describe en el documento US 7076168. [7] El documento 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 codificación de red lineal y 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. enrutado por nodos en una red peer-to-peer de múltiples saltos.
La similitud entre el procesamiento de conjuntos de antenas y el procesamiento de CI se reconoció desde los primeros trabajos en CI. Cuando la CI se combina con matrices en fase , el cambio de fase continuo entre subportadoras hace que el patrón de haz de la matriz explore 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 MIMO con coordinación central se reveló por primera vez en una solicitud de patente provisional en 2001. [15] La radio definida por software (SDR) basada en CI que implementó cuatro pilas de protocolos diferentes se desarrolló en Idris en 2000 y se describe en el documento US 7418043. [ 16]
En OFDM ensanchado, la dispersión 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 OFDM ensanchado y b es un vector de símbolo de datos. La DFT inversa normalmente 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 ensanchado es NxN .
En el receptor, la señal OFDM ensanchada recibida se expresa como r = HF −1 Sb , donde H representa una matriz de canal. Dado que el uso de un prefijo cíclico en OFDM cambia la matriz de canal tipo Toeplitz en una matriz circulante, la señal recibida está representada por
r = F −1 Λ H FF −1 Sb
= F −1 Λ H Sb
donde la relación H = F −1 Λ H F proviene de la definición de matriz circulante, y Λ H es una matriz diagonal cuyos elementos diagonales corresponden a la primera columna de la matriz del canal circulante 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 identidad, da OFDM regular sin propagación.
La señal recibida también se puede expresar como:
r = F −1 Λ H FF −1 ( Λ C F ) segundo ,
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 lo 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 dispersión S puede incluir una matriz diagonal de preecualización (por ejemplo, Λ C = Λ H −1 en el caso de forzado cero), o la ecualización se puede realizar en el receptor entre el DFT (demodulador OFDM) y el inverso. DFT (desesparcidor de CI).
En el caso más simple de CI-OFDM, la matriz de dispersión es S = F (es decir, Λ C = I , por lo que la matriz de dispersión de CI es solo la matriz NxN DFT). Dado que la DFT sobremuestreada de OFDM es KxN , con K > N , la matriz de ensanchamiento de CI básica funciona como un filtro de conformación de pulso sinc que asigna cada símbolo de datos a un pulso desplazado cíclicamente y posicionado ortogonalmente formado a partir de una superposición de subportadoras OFDM. Otras versiones de CI pueden producir formas de pulso alternativas seleccionando diferentes matrices diagonales Λ C.