PROCEDIMIENTO Y APARATO PARA MEDIR DESFASES DE SEÑALES.

Procedimiento para medir el desfase (º) entre una primera y una segunda señal,

que comprende las etapas de desfasar la primera señal (u1) en frecuencia una frecuencia de desplazamiento (f0), superponer la primera señal de frecuencia de desplazamiento y la segunda señal (u2), determinar una señal de la envolvente (w) de la señal superpuesta (v), y medir el desfase (º) de la señal de la envolvente (w) a la frecuencia de desplazamiento (f0), o un múltiplo de la misma, respecto a la fase de la frecuencia de desplazamiento (f0), caracterizado por el hecho de que el desfase (º) se mide determinando un coeficiente de Fourier (X) de la señal de la envolvente (w) a la frecuencia de desplazamiento (f0) y extrayendo su fase

La presente invención se refiere a un procedimiento y a un aparato para medir el desfase entre una primera y una segunda señal.

La medición del desfase entre dos señales desfasadas se requiere en muchas aplicaciones tales como amplificadores con realimentación positiva o la estimación de la dirección de llegada (DOA) en un sistema de antenas, conf. Bong-Gee Song, Ritcey, J.A., “Maximum Likelihood Estimation of the Angle of Arrival”, Antennas and Propagation Society International Symposium, 1994, AP-S Digest, págs. 1568-1571, Vol. 3, Junio 1994; o Balogh L. and

US 3.378.848 describe un procedimiento y un aparato de acuerdo con los preámbulos de las reivindicaciones 1 y 10.

Un objetivo de la invención es disponer un procedimiento y un aparato para medir el desfase entre dos señales que pueda medir desfases en un mayor intervalo de medición inequívoco. Otro objetivo de la invención es disponer tales procedimientos y aparato que no estén sometidos a errores de medición debidos a variaciones de temperatura. Todavía otro objetivo de la invención es disponer tales procedimientos y aparato que no se vean influenciados por compensaciones de CC que se producen en las trayectorias de procesamiento de señales.

En un primer aspecto de la invención, estos objetivos se consiguen con un

procedimiento para medir el desfase entre una primera y una segunda señal, que comprende las siguientes etapas: desfasar la primera señal en frecuencia una frecuencia de desplazamiento, superponer la primera señal de frecuencia de desplazamiento y la segunda señal, determinar una señal de la envolvente de la señal superpuesta, y medir el desfase de la señal de la envolvente a la frecuencia de desplazamiento, o un múltiplo de la misma, respecto a la fase de la frecuencia de desplazamiento, caracterizado por el hecho de que el desfase se mide determinando un coeficiente de Fourier de la señal de la envolvente a la frecuencia de desplazamiento y extrayendo su fase.

El procedimiento de la invención está basado en un nuevo enfoque de la estimación de Fourier para medir el desfase de señales basándose en las estocásticas de las señales. Sin embargo, el procedimiento propuesto es bastante independiente del formato de modulación de las señales y, de este modo, resulta particularmente útil para la mayoría de formatos de modulación actuales tales como los formatos de modulación WLAN o WAVE, por ejemplo según los estándares IEEE 802.11a, 802.11g, 802.11p, 802.11n, etc (en lo sucesivo denominados en general IEEE 802.11). La invención consigue un intervalo de medición inequívoca de 360º completos y, tal como se detallará a continuación, es insensible a compensaciones de CC o a variaciones de temperatura de los componentes de equipo implicados. Por encima de todo, el procedimiento de la invención puede implementarse con componentes de equipo poco complejos y de bajo coste: no son necesarios ni convertidores analógico a digital de alta velocidad (ADCs) para el muestreo de todo el ancho de banda de la señal ni etapas de modulación ni dispositivos de procesamiento de señales digitales extensivos. El procedimiento se basa en la auto-interferencia de una señal con una versión desplazada en frecuencia de la otra, y la medición estimada para el desfase puede calcularse mediante microcontroladores económicos de baja velocidad.

En una primera realización preferida de la invención el desplazamiento se realiza mediante una multiplicación vectorial compleja con dicha frecuencia de desplazamiento. Alternativamente, el desplazamiento puede realizarse por modulación de banda lateral única con dicha frecuencia de desplazamiento.

En otra variante preferida para las señales que se desmodulan a partir de señales de radiofrecuencia (RF) el desplazamiento se realiza desmodulando dichas señales de RF con distintas frecuencias de desmodulación que se diferencian en dicha frecuencia de desplazamiento. De este modo, no es necesario un oscilador separado para generar la frecuencia de desplazamiento.

La superposición de la primera y la segunda señal puede realizarse de cualquier modo posible, por ejemplo sumando/añadiendo o restando las señales.

La señal de la envolvente también puede determinarse de manera conocida en la técnica, por ejemplo mediante un detector de diodos, o un detector de potencia que determina una medida de la potencia lineal o logarítmica de la señal superpuesta. Preferiblemente, la señal de la envolvente se determina como una medida logarítmica de la potencia de la señal superpuesta. Se ha demostrado que esta última variante da muy buenos resultados en la mayoría de los casos, tal como se detallará después.

Preferiblemente, el desfase medido se promedia sobre períodos múltiples de la frecuencia de desplazamiento de manera que la naturaleza estocástica de las señales puede aprovecharse mejor para una mayor precisión.

De acuerdo con otra realización preferida, tanto la determinación del coeficiente de Fourier como el promedio puede realizarse integrando un producto complejo de la señal de la envolvente y la frecuencia de desplazamiento en múltiples períodos de la frecuencia de desplazamiento.

El procedimiento de la invención es adecuado para señales de banda ancha que tienen un ancho de banda en el intervalo de 10 a 200 MHz, tal como por ejemplo señales WLAN y WAVE de acuerdo con el estándar IEEE 802.11, en particular cuando la frecuencia de desplazamiento se encuentra en el intervalo de 10 a 200 kHz, preferiblemente de 25 a 125 kHz, siendo particularmente preferido aproximadamente 50 kHz. Estas frecuencias de desplazamiento provocan la menor interferencia posible con las subportadoras de dichas señales.

En un segundo aspecto, la invención propone un aparato para medir el desfase entre una primera y una segunda señal, que comprende: un oscilador para generar una frecuencia de desplazamiento, un variador de frecuencias conectado al oscilador por una parte y que, por otra, recibe la primera señal para desplazar en frecuencia la primera señal por dicha frecuencia de desplazamiento, un elemento de superposición conectado, por una parte, a la salida del variador de frecuencias y que, por otra, recibe la segunda señal para superponer la primera señal desplazada en frecuencia y la segunda señal, un detector de la envolvente conectado a la salida del elemento de superposición para determinar una señal de la envolvente de la señal superpuesta, y un indicador de fase conectado a la salida del detector de la envolvente por una parte y al oscilador por otra para medir la fase de la señal de la envolvente a la frecuencia de desplazamiento, o un múltiplo de la misma, respecto a la fase de la frecuencia de desplazamiento, caracterizado por el hecho de que el indicador de fase es un elemento de transformada de Fourier que determina el coeficiente de Fourier de la señal de la envolvente a la frecuencia de desplazamiento y que extrae su fase.

Tal como puede apreciarse fácilmente, el aparato de la invención es de una muy baja complejidad de equipo. En particular, no se requieren ni ADCs de alta velocidad ni desmoduladores ni un equipo de procesamiento de señales digitales complicado. Sin embargo, puede conseguirse una medición en tiempo real rápida y fiable de la medición estimada del desfase en toda la gama de medición de 360º completos, resistente a compensaciones de CC y a variaciones de temperatura de los componentes del equipo implicados.

En caso de que el aparato comprenda desmoduladores para señales que requieran ser desmoduladas a partir de señales de RF, el variador de frecuencias está constituido preferiblemente... [Seguir leyendo]

1. Procedimiento para medir el desfase (º) entre una primera y una segunda señal, que comprende las etapas de desfasar la primera señal (u1) en frecuencia una frecuencia de desplazamiento (f0), superponer la primera señal de frecuencia de desplazamiento y la segunda señal (u2), determinar una señal de la envolvente (w) de la señal superpuesta (v), y medir el desfase (º) de la señal de la envolvente (w) a la frecuencia de desplazamiento (f0), o un múltiplo de la misma, respecto a la fase de la frecuencia de desplazamiento (f0), caracterizado por el hecho de que el desfase (º) se mide determinando un coeficiente de Fourier (X) de la señal de la envolvente (w) a la frecuencia de desplazamiento (f0) y extrayendo su fase.

2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado por el hecho de que el desfase medido (º) se promedia sobre múltiples períodos (T0) de la frecuencia de desplazamiento (f0).

3. Procedimiento según la reivindicación 2, caracterizado por el hecho de que se determina el coeficiente de Fourier (X) y el promedio se realiza integrando un producto complejo de la señal de la envolvente (w) y la señal de frecuencia de desplazamiento (f0) sobre múltiples períodos (T0) de la frecuencia de desplazamiento (f0).

4. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado por el hecho de que la señal de la envolvente (w) se determina como una medición logarítmica de la potencia de la señal superpuesta (v).

5. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado por el hecho de que el desplazamiento se realiza por multiplicación vectorial compleja con dicha frecuencia de desplazamiento (f0).

6. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado por el hecho de que el desplazamiento se realiza por modulación de banda lateral única con dicha frecuencia de desplazamiento

(f0).

7. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4 para una primera y una segunda señal (u1, u2) que se desmodulan a partir de señales de RF, caracterizado por el hecho de que el desplazamiento se realiza desmodulando dichas señales de RF con diferentes frecuencias de demodulación (fLO,1, fLO,2) que se diferencian en dicha frecuencia de desplazamiento (f0).

8. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7 para señales de banda ancha (u1, u2) que presentan un ancho de banda en el intervalo de 10 a 200 MHz, caracterizado por el hecho de que la frecuencia de desplazamiento (f0) se encuentra en el intervalo de 10 a 200 kHz, preferiblemente de 25 a 125 kHz, siendo particularmente preferido de aproximadamente 50 kHz.

9. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8 para señales de banda ancha (u1, u2) que son señales de microondas por modulación OFDM según el estándar WLAN o WAVE, caracterizado por el hecho de que la frecuencia de desplazamiento (f0) se encuentra en el intervalo de 10 a 200 kHz, preferiblemente de 25 a 125 kHz, siendo particularmente preferido de 50 kHz.

10. Aparato (1) para medir el desfase (º) entre una primera y una segunda señal (u1, u2) que comprende un oscilador (4; 12, 13) para generar una frecuencia de desplazamiento (f0), un variador de frecuencias (3; 9) conectado al oscilador (4; 12, 13) por una parte y que, por otra, recibe la primera señal (u1) para desplazar en frecuencia la primera señal (u1) por dicha frecuencia de desplazamiento (f0), un elemento de superposición (5) conectado, por una parte, a la salida del variador de frecuencias (3; 9) y que, por otra, recibe la segunda señal (u2) para superponer la primera señal desplazada en frecuencia y la segunda señal (u2), un detector de la envolvente (6) conectado a la salida del elemento de superposición (5) para determinar una señal de la envolvente (w) de la señal superpuesta (v), y un indicador de fase (7) conectado a la salida del detector de la envolvente

(6) por una parte y al oscilador (4; 12, 13) por otra para medir la fase de la señal de la envolvente (w) a la frecuencia de desplazamiento (f0), o un múltiplo de la misma, respecto a la fase de la frecuencia de desplazamiento (f0), caracterizado por el hecho de que el indicador de fase (7) es un elemento de transformada de Fourier que determina el coeficiente de Fourier (X) de la señal de la envolvente (w) a la frecuencia de desplazamiento (f0) y que extrae su fase.

11. Aparato según la reivindicación 10, caracterizado por el hecho de que el elemento de la transformada de Fourier integra sobre múltiples períodos (T0) de la frecuencia de desplazamiento (f0).

12. Aparato según la reivindicación 12, caracterizado por el hecho de que el elemento de la transformada de Fourier integra un producto complejo de la señal de la envolvente (w) y la señal de frecuencia de desplazamiento (f0) sobre múltiples períodos (T0) de la frecuencia de desplazamiento (f0).

13. Aparato según cualquiera de las reivindicaciones 10 a 12, caracterizado por el hecho de que el detector de la envolvente (6) determina la señal de la envolvente (w) como medida de potencia logarítmica.

14. Aparato según cualquiera de las reivindicaciones 10 a 13, que comprende un primer y un segundo desmodulador (9) para dicha primera y segunda señal (u1, u2), caracterizado por el hecho de que el variador de frecuencias está constituido por dichos demoduladores (9) que son alimentados con diferentes frecuencias de desmodulación (fLO1, fLO2) que difieren por dicha frecuencia de desplazamiento (f0).

15. Aparato según cualquiera de las reivindicaciones 10 a 14 para señales de banda ancha (u1, u2) que son señales de microondas por modulación OFDM según el estándar WLAN o WAVE, caracterizado por el hecho de que la frecuencia de desplazamiento (f0) se encuentra en el intervalo de 10 a 200 kHz, preferiblemente de 25 a 125 kHz, siendo particularmente preferido de aproximadamente 50 kHz.