SISTEMA Y METODO ADAPTATIVO MONOBIT DE CORRECION DE DESBALANCES DE FASE Y AMPLITUD EN DEMODULADORES IQ.

Sistema adaptativo monobit de corrección de desbalances de fase y amplitud en demoduladores IQ,

comprendiendo:

- un bloque de corrección (14) que corrige las muestras (I, Q) mediante un multiplicador (5) con coeficiente {be} y un multiplicador (6) con coeficiente {al}, obteniendo una señal corregida (S{sub,corr})

- dos filtros complejos (8, 9) que filtran la señal corregida (S{sub,corr}) obteniendo unas señales filtradas (S{sub,f1},S{sub,f2});

- un bloque de cálculo de coherencia (10) que recibe las señales filtradas (S{sub,f1},S{sub,f2}) y efectúa la estimación de la coherencia espectral;

- un bloque de actualización de coeficientes (11) que recibe dicha estimación y, en función de la misma y del valor de un paso de actualización {mi}, actualizar el valor de los coeficientes {al} y {be};

- un bloque de modificación del paso de actualización (12) encargado de modificar el valor del paso de actualización {mi} en función del valor del módulo al cuadrado de la coherencia espectral estimada

Tipo: Patente de Invención. Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: P200930202.

Solicitante: UNIVERSIDAD POLITECNICA DE MADRID.

Nacionalidad solicitante: España.

Provincia: MADRID.

Inventor/es: PARDO MARTIN,JOSE MANUEL, ORTEGA GONZALEZ,FRANCISCO J, BENAVENTE PECES,CESAR, GIMENO MARTIN,ALEJANDRO.

Fecha de Solicitud: 25 de Mayo de 2009.

Fecha de Publicación: .

Fecha de Concesión: 12 de Mayo de 2010.

Clasificación Internacional de Patentes:

  • H03D3/00 SECCION H — ELECTRICIDAD.H03 CIRCUITOS ELECTRONICOS BASICOS.H03D DEMODULACION O TRANSFERENCIA DE MODULACION DE UNA ONDA PORTADORA A OTRA (másers, lásers H01S; circuitos capaces de funcionar como moduladores y demoduladores H03C ej.moduladores balanceados H03C 1/54; detalles aplicables a los moduladores y a los cambiadores de frecuencia H03C; demodulación de impulsos que han sido modulada con una señal de variación continua H03K 9/00; transformación de tipos de modulación de impulsos H03K 11/00; sistemas relés, ej. estaciones repetidoras H04B 7/14; demoduladores adaptados a los sistemas de portadora modulada digitalmente H04L 27/00; demoduladores síncronos adaptados a la televisión en color H04N 9/66). › Demodulación de oscilaciones moduladas en ángulo (H03D 5/00, H03D 9/00, H03D 11/00 tienen prioridad; demoduladores de frecuencia adaptada para sistemas de portadora con modulación digital, p. ej. utilizando modulación por desplazamiento de frecuencia H04L 27/14; demoduladores de fase adaptado para sistemas de portadora con modulación digital, p. ej. utilizando codigo de desplazamiento enfase H04L 27/22).

Clasificación PCT:

  • H03D3/00 H03D […] › Demodulación de oscilaciones moduladas en ángulo (H03D 5/00, H03D 9/00, H03D 11/00 tienen prioridad; demoduladores de frecuencia adaptada para sistemas de portadora con modulación digital, p. ej. utilizando modulación por desplazamiento de frecuencia H04L 27/14; demoduladores de fase adaptado para sistemas de portadora con modulación digital, p. ej. utilizando codigo de desplazamiento enfase H04L 27/22).
SISTEMA Y METODO ADAPTATIVO MONOBIT DE CORRECION DE DESBALANCES DE FASE Y AMPLITUD EN DEMODULADORES IQ.

Fragmento de la descripción:

Sistema y método adaptativo monobit de corrección de desbalances de fase y amplitud en demoduladores IQ.

Sector técnico

La invención se encuadra dentro del sector tecnológico de los sistemas de comunicación, más concretamente en los receptores que utilizan los demoduladores I-Q. El sistema presentado es de aplicación en todos aquellos equipos y dispositivos que necesiten realizar una demodulación IQ para su funcionamiento. Nombrando alguno de estos sistemas: terminales de comunicaciones móviles públicas, terminales de telefonía inalámbrica, sistemas WIFI, WIMAX, receptores definidos por programa, entre otros.

Antecedentes de la invención

En la literatura internacional se pueden encontrar gran cantidad de artículos en los que se aborda el problema de la corrección de los desbalances de un demodulador I-Q. En el documento "A novel I/Q compensation scheme for a low-if receiver front-end" (Jérémie Chabloz and Christina Enz) [1], la solución planteada requiere de la inyección, a la entrada del receptor, de una señal de referencia a partir de la cual se obtienen los coeficientes de corrección, lo cual complica no solo la circuitería sino también el control del receptor, ya que de forma periódica se hace necesario realizar el ajuste. En el documento "Self tuned fully integrated high image rejection low IF receivers: Architecture and performance" (Zheng Yuanjin and Tear, Chin Boon Terry) [2], la solución aportada se apoya en utilizar la correlación existente entre la señal en la banda imagen y la señal en la banda deseada, de forma que se elimina la necesidad de una señal externa de calibración. El principal problema que plantea esta solución es que el nivel de correlación depende del nivel de señal, por lo que el algoritmo adaptativo utilizado tendrá tiempos de convergencia dependientes del nivel de la señal de entrada.

En la presente invención, se utiliza la estimación de la coherencia espectral existente entre la señal deseada y la imagen [4]. El valor de dicha coherencia espectral está comprendido entre 0 y 1, siendo independiente del nivel de señal (tomará el valor 0 cuando no exista correlación entre la señal y la imagen, y el valor 1 cuando la correlación sea máxima). Además, en lugar de estimar el valor de la coherencia espectral en todo el ancho de banda del receptor, se centra la atención en bandas alrededor de la señal imagen y deseada por medio de la utilización de sendos filtros paso-banda complejos.

Adicionalmente, otra importante mejora introducida por la presente invención, se deriva del uso de filtros complejos cuyos coeficientes sólo pueden valer 1, -1, j ó -j, [5], simplificando, de forma importante, el circuito que realiza dicho filtrado, ya que sólo es necesario realizar sumas y restas.

Referencias bibliográficas

[1] Jérémie Chabloz and Christina Enz, "A novel I/Q compensation scheme for a low-if receiver front-end", Proceedings of the 2004 international symposium on Circuits and Systems, ISCAS'04, Volumen IV, pp: 453-456.

[2] Zheng Yuanjin and Tear, Chin Boon Terry, "Self tuned fully integrated high image rejection low IF receivers: Architecture and performance", Proceedings of the 2003 international symposium on Circuits and Systems, ISCAS'03, Volumen II, pp: 165-168.

[3] M. Valkama & M. Renfors, "Advanced DSP for I/Q imbalance compensation in a low-IF receiver", IEEE International Conference on Communications, ICC 2000, Volumne II, pp:768-772

[4] G. Clifford Carter, Charter H. Knapp & Albert H. Nuttall. "Estimation of the Magnitude-Squared Coherence Function via Overlapped Fast Fourier Transform processing", IEEE Transactions on Audio and Electroacoustics, Vol. AU-21, pp:337-344, Agosto de 1973

[5] D.S. Pok, C.H. Chen, J.J. Schamus, C.T. Montgomery, J.B.Y. Tsui, "Chip Design for Monobit Receiver", IEEE Transactions on Microwave Theory and Tehniques, Vol. 12, pp:2283-2295, Diciembre de 1997.

Descripción de la invención

La presente invención se refiere a un sistema adaptativo monobit de corrección de desbalances entre las ramas I-Q de un demodulador por medio de una célula de corrección cuyos coeficientes se calculan de forma continua y adaptativamente.

La actualización de los coeficientes se apoya en la estimación de la coherencia espectral existente entre la señal deseada y la señal imagen, para lo que es necesario realizar un filtrado, con sendos filtros complejos, centrados uno a la frecuencia de la señal deseada y el otro a la frecuencia de la señal imagen. Puesto que la demodulación IQ es básicamente una traslación de frecuencia, si la señal deseada queda trasladada a frecuencias positivas (entorno a FI), la señal imagen quedará trasladada a frecuencias negativas (entorno a -FI) y viceversa, con lo que los filtros deberán estar sintonizados, uno centrado en FI y el otro centrado en -FI.

La actualización de los coeficientes responde a la siguiente expresión (1):


donde Cxy es la coherencia espectral, µ es el paso de actualización (el cambio admitido para a y ß de una iteración a la siguiente en función de la coherencia espectral) y k indica la iteración del algoritmo.

La ventaja obtenida al utilizar la coherencia espectral es que su valor es independiente del nivel de la señal de entrada, por lo que no afectará a la velocidad de convergencia ni a la estabilidad del algoritmo.

La coherencia espectral se puede estimar utilizando la siguiente expresión (2)


donde ?x(f) es la estimación de la potencia en un determinado ancho de banda alrededor de la señal deseada ?y(f) es la estimación de la potencia en un determinado ancho de banda alrededor de la señal imagen y N es el número de muestras. Los anchos de banda utilizados para las estimaciones de ?x(f) y ?y(f) estarán fijados por los filtros sintonizados a la frecuencia de la señal deseada y a la frecuencia de la señal imagen.

La coherencia espectral tomará un valor cero cuando no exista ninguna correlación entre las señales deseada e imagen (cuando el desbalance ha sido corregido o no existe), y un valor mayor que cero, pero generalmente menor que 1, cuando exista una elevada correlación entre las señales deseada e imagen (cuando el desbalance no ha sido corregido).

El avance más importante de la presente invención radica en que los coeficientes de los filtros complejos se limitan a valores unitarios, de la forma 1, -j, -1 y -j (donde j representa el número complejo). De esta manera el filtrado necesario para el cálculo de la coherencia espectral se ve muy simplificado, ya que la utilización de los coeficientes convierte todas las operaciones en sumas y restas.

Breve descripción de los dibujos

A continuación se pasa a describir de manera muy breve una serie de dibujos que ayudan a comprender mejor la invención y que se relacionan expresamente con una realización de dicha invención que se presenta como un ejemplo no limitativo de ésta.

La Figura 1 muestra un diagrama de las distintas etapas de demodulación IQ, incluyendo el sistema objeto de la invención.

Descripción de una realización preferida

Tal como se muestra en la Figura 1 (que representa las distintas etapas de demodulación IQ en un receptor incluyendo el sistema adaptativo monobit 15 objeto de la presente invención, que se puede ejecutar en el mismo DSP, FPGA o microcontrolador que realice el posterior procesado de la señal compleja IQ), la señal de radiofrecuencia, señal de entrada s(t), después de haber sido trasladada en frecuencia con la ayuda de los conversores de frecuencia o medios de conversión de frecuencia 1, multiplicando la señal s(t) por una señal seno y por una señal coseno, y filtrada por los filtros paso bajo o medios de filtrado paso-bajo 2, obteniendo la señal de fase I(t) y la señal de cuadratura Q(t), se dirige a los conversores analógico a digital o medios de conversión analógico-digital 3 a cuya salida se obtendrán las muestras que formarán la señal compleja, cuyas componentes son I(n) y Q(n), a procesar por el receptor después...

 


Reivindicaciones:

1. Sistema adaptativo monobit de corrección de desbalances de fase y amplitud en demoduladores IQ, caracterizado porque dicho sistema (15) comprende:

- un bloque de corrección (14) encargado de recibir y corregir las muestras I y Q, obtenidas al aplicar una etapa de conversión analógico-digital sobre las señales de fase I(t) y cuadratura Q(t), mediante un primer multiplicador (5) con coeficiente ß y un segundo multiplicador (6) con coeficiente a, obteniendo una señal corregida (Scorr);

- un primer (8) y un segundo (9) filtros complejos, encargados de filtrar la señal corregida (Scorr) para obtener una primera Sf1, y una segunda Sf2 señales filtradas, siendo los coeficientes de dichos filtros complejos (8,9) codificados con un bit, el cual vale uno cualquiera de los siguientes valores: 1, -1, j, -j, siendo j el número complejo;

- un bloque de cálculo de coherencia (10) encargado de recibir las señales filtradas (Sf1, Sf2) y efectuar a partir de dichas señales el cálculo de la estimación de la coherencia espectral;

- un bloque de actualización de coeficientes (11) encargado de recibir la estimación de la coherencia espectral y, en función de dicha estimación y del valor de un paso de actualización µ, actualizar el valor de los coeficientes a y ß;

- un bloque de modificación del paso de actualización (12) encargado de modificar el valor del paso de actualización µ en función del valor del módulo al cuadrado de la coherencia espectral estimada, siendo el paso de actualización µ el máximo cambio admisible en a y ß de iteración a iteración en función de la coherencia espectral.

2. Sistema según reivindicación 1, caracterizado porque el bloque de corrección (14) comprende un bloque de generación de señal compleja (7) encargado de generar una señal compleja, que corresponde a la señal corregida Scorr.

3. Sistema según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque los filtros complejos (8,9) son de tipo paso-banda.

4. Sistema según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque los filtros complejos (8,9) están sintonizados uno a la frecuencia de la señal deseada y el otro a la frecuencia de la señal imagen.

5. Sistema según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el bloque de cálculo de coherencia (10) está configurado para efectuar el cálculo de la estimación de la coherencia espectral mediante la acumulación de N muestras.

6. Sistema según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el bloque de actualización de coeficientes (11) está configurado para actualizar el valor de los coeficientes a y ß en función del valor de la parte real e imaginaria, respectivamente, de la coherencia espectral estimada.

7. Sistema según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el bloque de actualización de coeficientes (11) está configurado para actualizar el valor de los coeficientes a y ß, en función del valor de la coherencia espectral, de forma adaptativa.

8. Sistema según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el paso de actualización µ es variable según una estrategia por tramos sobre el valor filtrado del módulo al cuadrado de la coherencia.

9. Método adaptativo monobit de corrección de desbalances de fase y amplitud en demoduladores IQ, caracterizado porque comprende:

- recibir y corregir las muestras I y Q, obtenidas al aplicar una etapa de conversión analógico-digital sobre las señales de fase I(t) y cuadratura Q(t), mediante un primer multiplicador (5) con coeficiente ß y un segundo multiplicador (6) con coeficiente a, obteniendo una señal corregida (Scorr);

- filtrar la señal corregida (Scorr) para obtener una primera Sf1, y una segunda Sf2 señales filtradas;

- recibir las señales filtradas (Sf1, Sf2) y efectuar a partir de dichas señales el cálculo de la estimación de la coherencia espectral;

- recibir la estimación de la coherencia espectral y, en función de dicha estimación y del valor de un paso de actualización µ, actualizar el valor de los coeficientes a y ß.

- modificar el valor del paso de actualización µ en función del valor del módulo al cuadrado de la coherencia espectral estimada, siendo el paso de actualización µ el máximo cambio admisible en a y ß de iteración a iteración en función de la coherencia espectral.

10. Demodulador IQ con corrección de desbalances de fase y amplitud, que comprende:

- medios de conversión de frecuencia (1) y medios de filtrado paso-bajo (2) configurados para obtener a partir de la señal de entrada s(t) la señal de fase I(t) y la señal de cuadratura Q(t);

- medios de conversión analógico-digital (3) configurados para obtener las muestras I y Q; y

- el sistema adaptativo monobit de corrección de desbalances de fase y amplitud según cualquiera de las reivindicaciones 1-8.


 

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