¿Qué es CP (Prefijo Cíclico) en LTE?

Escrito por leopedrini martes, 18 de noviembre de 2014 13:34:00 Categories: Curso LTE
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Continuando el estudio de los pequeños (pero importantes) conceptos LTE, vamos a hablar hoy acerca de CP (Prefijo Cíclico).

 

Objetivo

Nuestro objetivo hoy es sencillo y directo: para entender lo que es el Prefijo Cíclico (CP) y cómo se utiliza en los sistemas LTE.

 

 

Nota: Todos los artículos telecomHall están escritos originalmente en Portugués. A continuación se hacen traducciones en Inglés y Español. Como nuestro tiempo es escaso, sólo se producen varios errores de ortografía (que utilizar el traductor automático, y sólo entonces hacer una revisión final). Pedimos disculpas, y contamos con su comprensión de nuestro esfuerzo. Si usted quiere contribuir traduciendo / corregir una de estas lenguas, o incluso uno nuevo, por favor comuníquese con nosotros: contacto.

 

¿Qué es CP?

Del propio nombre del CP (prefijo cíclico), es intuitivo pensar en ello como un prefijo, la información que se repite periódicamente - y es cíclico.

 

Pero necesitamos un poco más de información para saber exactamente lo que estamos hablando.

Como estamos hablando de LTE (aunque el concepto se aplica a cualquier tecnología que utiliza símbolos para transmitir información), vamos a empezar de símbolos LTE.

 

Nuestro tutorial sobre ISI (Interferencia entre símbolos) ya nos da una idea muy fuerte con el tema. Cuando transferimos símbolos (de un receptor a un transmisor) estamos sujetos a la aparición de dicha interferencia.

Si entiendes bien lo que es la ISI, y ahora usted sabe que el CP tiene que ver con la transferencia de símbolos, probablemente debería estar ya concluyendo el objetivo del CP: trabaja como una banda de guarda entre símbolos LTE.

Hemos aprendido que minimizamos el ISI mucho cuando hacemos el tamaño del símbolo más grande (el tamaño del delay spread se vuelve relativamente menor en comparación con el tamaño más grande). Pero por mucho que podríamos aumentar este tamaño símbolo, los efectos de la ISI siempre estarían presentes.

 

Para eliminar permanentemente este problema, la solución es encontrar un camino donde la parte "perdida" del símbolo podría ser "recuperada".

La única manera de hacer esto es mediante la copia o duplicación de una parte inicial del símbolo, e insertando el final de la misma. Por supuesto, esto significa aumentar el "tamaño" total de ese símbolo, pero las ganancias son mayores.

 

Teniendo en cuenta los mismos símbolos que utilizamos para demostrar el problema ISI, podemos ver que con CP este problema ya no existe.

 

Lo que el CP hace es copiar una pequeña parte de la información inicial (de ahí el prefijo del nombre) hasta el final de cada símbolo (de ahí el nombre cíclico).

Por lo tanto, el receptor puede identificar los puntos finales de cada símbolo y correlacionar correctamente la información, eliminando así el problema de interferencia.

 

Entendemos entonces por qué es un "prefijo", y por qué es "cíclico". Ahora tenemos que entender otro punto importante.

Este "periodo de guarda" después de cada símbolo es un método sencillo pero muy eficaz para los problemas de recepción de trayectoria múltiple.

 

El receptor ya "conoce" la última parte del símbolo en el momento en que recibe el primer componente de la señal, la ruta más corta trayectoria múltiple.

En este caso, puede hacer la correlación con la información de otros componentes de trayectos múltiples, haciendo las correlaciones correspondientes para obtener la información completa.

Además, el CP también ayuda a hacer una estimación inicial de tiempo y frecuencia de sincronismo, usando el mismo correlación de información conocida que llega a través del tiempo.

 

Y ¿qué podemos concluir acerca de la CP? Cuanto mayor sea el CP, más "útil" es eliminar la ISI, sino también mayor sea el tiempo completo del símbolo - se necesita más tiempo para transferir la "misma" información.

Además, dependiendo de las condiciones de propagación, tal vez la parte que se "perdido" en los símbolos es diferente.

Por ejemplo, en un entorno urbano, múltiples componentes (multipath) viene de distancias relativamente pequeñas - y el CP pueden ser más pequeños.

Y también hay lugares donde los componentes pueden venir de mayores distancias hasta 4 km, como las zonas rurales.

 

¿Y qué haces para 'ajustar' cada caso?

La solución encontrada fue la creación de diferentes tamaños CP. Una más grande, que podría aplicarse en las zonas con mayor probabilidad de trayectoria múltiple distancia corta, y otra complementaria para ser utilizado en lugares con probabilidad de trayectoria múltiple distancia más larga.

Tenemos entonces dos tamaños de CP definidos por 3GPP:

  • Normal CP: con una duración de 4,7 microsegundos. Para ser utilizado en el primer caso descrito anteriormente. Equivalente a 7 símbolos por slot. Nota: En CP normal, tenemos un caso diferente, donde tenemos 160 slots de tiempo para el primer símbolo (5,2 microsegundos) y 144 para los otros (4,7 microsegundos). Veremos con más detalle por qué esto en un tutorial futuro. Por ahora, sólo sabemos que se utiliza el ajuste de CP normal tenemos 7 símbolos, o 4.7 microsegundos.
  • Extended CP: con una duración de 16,67 microsegundos. Utilizado en el segundo caso. Equivalente a 6 símbolos por slot (o 16,7 microsegundos).

Nota: en general, los intervalos de CP en los sistemas OFDM rangos de 1/4 a 1/32 del período de símbolo.

Como vimos: si tenemos dos posibles tamaños de CP, tenemos, dentro de la misma red, diferentes valores de CP!

Considerando un PRB con 7 símbolos (no vamos a hablar de PRB hoy, pero no te preocupes - es el tema de nuestro próximo tutorial), tenemos las correspondencias entre los tiempos de propagación para CP normal (hasta 1,4 km).

 

Ventajas y desventajas

Como hemos visto hoy, es bastante sencillo de entender las ventajas y desventajas del CP.

La ventaja es que se elimina la ISI, y la desventaja es que reduce el número de símbolos que pueden transmitirse en el mismo intervalo de tiempo.

Pero no habría un método más eficiente para tratar con el problema que surge debido a la recepción multitrayecto?

En un tutorial anterior ya vimos, por ejemplo, el receptor Rake, que tiene una mucho mejor "eficiencia". Pero siempre debemos tener en cuenta el punto de vista "costo-beneficio".

La implementación del receptor Rake es mucho más compleja, y si no está bien hecho, puede hacer que la situación sea aún peor (degradar aún más el sistema). Además, la capacidad requerida para la implementación de hardware es mucho más alto (en comparación con el CP).

Como CP sirve bien la necesidad, es la manera usada en LTE para la eliminación ISI.

 

Conclusión

Ahora sabemos otro concepto que se utiliza en las redes LTE, el cíclico prefijo (CP), que también se utiliza en otras tecnologías que utilizan la transferencia de símbolos en su comunicación, mientras que preserva la ortogonalidad de las subportadoras en la transmisión OFDM.

El CP es un conjunto de muestras que se duplican (copiar y pegar) al final de cada símbolo transmitido a su comienzo, que funciona como un intervalo de guarda, lo que permite eliminar la interferencia entre símbolos (ISI), prácticamente sin necesidades de hardware adicionales.