Detectores multivelocidad para comunicaciones móviles de tercera generación

Abstract

El estándar europeo de comunicaciones móviles de tercera generación, UMTS Universal Mobile Communications System), tiene definido para el interfaz aire acceso múltiple por división de código de banda ancha, WCDMA (Wideband Code División Múltiple Access). Este tipo de tecnología de acceso al medio compartido está limitada por la interferencia multiacceso. El efecto de la interferencia multiacceso, en los sistemas CDMA, se puede mitigar bastante si se diseña de manera adecuada el detector: por consiguiente, en estos sistemas la capacidad de transmisión va a estar limitada, entre otros factores, por el tipo de detector que se utilice. El mejor detector que se puede utilizar es el óptimo multiusuario, el cual presenta el problema de que su complejidad crece de forma exponencial con el número de usuarios activos en el sistema. Dado que el detector óptimo es inviable debido a su compleja, en la práctica, se utilizan aproximaciones lineales al mismo como son el detector de de correlación y el MMSE (Minimum Mean Square Error). También existen detectores que utilizan técnicas de cancelación de interferencias, cuyo objetivo es eliminar la mayor cantidad de interferencia multiacceso posible. Los dos esquemas principales de este tipo de detección son la cancelación sucesiva de interferencias SIC (Successive Interference Cancellation) y la cancelación paralela de interferencias PIC (Parallel Interference Cancellation). Sobre estas técnicas de detección aplicadas a la señal CDMA monovelocidad, se encuentran numerosas referencias. Sin embargo, no ocurre lo mismo para señales CDMA multivelocidad con códigos de ensanchamiento de longitud variable y con un código de aleatorización superpuesto, como es el caso de la señal del sistema UMTS. De hecho, en la literatura sólo se encuentran casos concretos de detectores multivelocida entre los cuales algunos tienen severas restricciones en las velocidades posibles de los usuarios. De aquí surge el interés de la presente Tesis Doctoral, cuyo objetivo es el diseño de detectores multivelocidad para comunicaciones móviles de tercer generación. Además del diseño se ha realizado el estudio analítico de los mismos, orientado a obtener expresiones para el cálculo de la probabilidad de error, VER (Bit Error Rate) y la relación señal a interferencia más ruido, SIR (Signal to Interference Ratio), que van a permitir evaluar el funcionamiento de los detectores así como optimizar sus parámetros de configuración. Las principales aportaciones se resumen en los siguientes puntos: 1,- El desarrollo de un modelo matemático de señal novedoso válido, tanto para el sistema UMTS como para otros sistema sCDMA multivelocidad. Este modelo permite formular los detectores multivelocidad de forma compacta y sencilla. 2,- La formulación el detector de decorrelación y del MMSE adaptados a la señal UMTS que, además, han resultado ser similares a los del caso monovelocidad, gracias al modelo matemático de señal desarrollado. 3,- La propuesta de una nueva estructura del SIC Multivelocidad junto con su estudio analítico, que ha permitido obtener expresiones novedosas para la evaluación de la SIR y VER de dicho receptor. Además, se ha comprobado que para el caso multivelocidad el mejor criterio de ordenación de los canales para su cancelación es su VER. 4,- El diseño de una estructura de PIC multivelocidad multietapa con pesos. De su estudio analítico se han derivado expresiones nuevas para el cálculo de la SIR y VER, que tienen en cuenta toda la información sobre los canales activos en el sistema sí como la del detector. A partir de las expresiones de VER se ha desarrollado una forma de calcular el conjunto de pesos óptimos del PIC, comprobándose como estos pesos proporcionan mejores resultados que los métodos propuestos en la bibliografía. Por último se ha desarrollado el NFR-PIC (Near-Far Resistant PIC), quees un detector PIC multivelocidad que resulta novedoso dado que es adaptativo y resistente el efecto cerca-lejos. Se ha podido comprobar como el funcionamiento de este detector mejora los resultados del PIC convencional.