Procedimiento de estimación del desfase de frecuencias portadoras en un receptor de señales de telecomunicación, en particular en un dispositivo móvil.

Procedimiento de estimación de un desfase de frecuencia portadora en un receptor de señales de telecomunicación,

que comprende

una etapa (10) de cálculo de las correlaciones parciales referidas a varias partes sucesivas de una secuencia binaria de referencia, calculándose cada correlación parcial entre una parte de una señal recibida por el receptor en dicha frecuencia portadora, comprendiendo dicha señal tal secuencia binaria de referencia, y una parte predeterminada de dicha secuencia binaria de referencia almacenada y/o generada por el receptor, según varias posiciones relativas posibles entre la señal recibida y la porción predeterminada, y

una etapa (14, 16) de determinación del desfase de frecuencia portadora a partir de las correlaciones parciales calculadas,

caracterizado porque comprende una etapa (12) de selección de una posición de sincronización entre las posiciones relativas posibles entre la señal recibida y la secuencia binaria de referencia almacenada y/o generada por el receptor, y porque la etapa de determinación comprende la estimación (14) de un desfase entre las correlaciones parciales calculadas en la posición de sincronización seleccionada.

Procedimiento de estimación del desfase de frecuencias portadoras en un receptor de señales de telecomunicación, en particular en un dispositivo móvil

La presente invención se refiere a un procedimiento de estimación del desfase de frecuencias portadoras en un receptor de señales de telecomunicación. La invención se refiere también a un dispositivo móvil de telecomunicación y a un programa de ordenador capaces de implementar este procedimiento.

En general, entre un emisor y un receptor la frecuencia portadora utilizada en la emisión para modular una señal y la frecuencia utilizada en la recepción para desmodular dicha señal nunca son rigurosamente idénticas. Siempre se produce un fenómeno de desfase de la frecuencia portadora entre el emisor y el receptor, habitualmente denominado “offset” de salida. Además, dependiendo de la precisión de los osciladores utilizados en los emisores y receptores, tal desfase puede ser más o menos importante y puede deteriorar la recepción de las señales si no se lleva a cabo corrección alguna.

La invención se aplica principalmente a las telecomunicaciones de bajo consumo, donde los receptores son dispositivos móviles con un necesario límite de consumo de energía, esto es en aquellos que es necesario implementar algoritmos numéricos lo más sencillos posibles que conlleven un mínimo de operaciones. Por otra parte, por estas mismas razones del consumo, pero también en razón al coste, los osciladores utilizados en estos receptores pueden ser poco precisos. Por ello, es necesario una buena estimación y corrección eficaz del desfase de la frecuencia portadora.

Ocurre de la misma forma en caso de desfases de frecuencia de los símbolos codificados trasmitidos aunque no se asocien directamente al desfase de frecuencia portadora. En efecto, en un dispositivo emisor/receptor, la frecuencia portadora y la frecuencia de muestreo se generan a partir de un mismo oscilador. Así, entre el emisor y el receptor, el desfase relativo de la frecuencia portadora y el desfase relativo de la frecuencia de los símbolos codificados son iguales. Por ello, resulta suficiente estimar uno sólo de estos desfases, principalmente el de la frecuencia portadora.

Un ámbito de aplicación es, por ejemplo, el de las comunicaciones de bajo consumo de energía que utiliza el espectro ensanchado por secuencia directa, generalmente denominado DSSS (del inglés “Direct Sequence Spread Spectrum”) . Según dicho principio, a un símbolo de información se asocia una secuencia ensanchada binaria de L bits denominados “chips”. A continuación, estos chips modulan la portadora de una señal en fase o en frecuencia con envoltura constante. La comunicación se realiza en un modo de trasmisión por paquetes y cada paquete comprende un preámbulo, que es una serie predeterminada de símbolos codificados por extensión DSSS, siendo esta serie predeterminada conocida por el receptor. Así, este preámbulo permite la sincronización del receptor para desmodular un paquete recibido.

Por tanto, la invención puede aplicarse en el ámbito particular de las comunicaciones sin cable entre un emisor y un receptor donde la capa física es conforme a la descrita en el estándar IEEE 802.15.4 para la banda ISM (por “Industriel, Scientifique et Médical”) a 2, 4-2, 48 GHz, utilizando una modulación de tipo O-QPSK.

En este ámbito particular, donde la señal es recibida por paquetes que contienen cada uno un preámbulo que comprende ocho símbolos #0 codificados por extensión DSSS en treinta y dos chips, en la solicitud de patente americana publicada con el número US 2007/0002937 se describe un procedimiento de estimación y corrección del desfase de la frecuencia portadora. Según este procedimiento, las secuencias ensanchadas recibidas son diferenciadas para llevar a cabo una detección diferencial.

En este documento, la estimación del desfase de la frecuencia portadora se realiza en particular en la etapa de sincronización que se produce durante el preámbulo de un paquete cualquiera. La señal recibida se diferencia mediante un cálculo del producto conjugado complejo entre una muestra y otra retardada de un período chip (tiempo entre la recepción de dos chips de la secuencia ensanchada del símbolo #0) , y se correlaciona con una secuencia binaria de referencia almacenada y/o generada por el receptor y correspondiente a la secuencia ensanchada del símbolo #0. Este tratamiento es seguido eventualmente por una acumulación para acumular los resultados referentes a las ocho secuencias ensanchadas de símbolo #0 del preámbulo. La señal así obtenida sirve a la vez para la sincronización y para la estimación del desfase de la frecuencia portadora.

En la práctica, cuando ya se ha sincronizado, las partes reales Re e imaginarias lm de la señal obtenida generan un valor que es función del desfase de la frecuencia portadora ∆f:

donde A es la amplitud de la señal obtenida y Tc el período chip citado.

A continuación se corrige el desfase de la frecuencia portadora multiplicando la correlación de cada secuencia ensanchada recibida diferenciada con todas las secuencias ensanchadas posibles diferenciadas por el número complejo Acos (2π∆fTc) -jAsin (2π∆fTc) . Se ha de señalar que, en el caso del estándar IEEE 802.15.4 que implica una modulación O-QPSK, existen dieciséis secuencias ensanchadas diferentes posibles pseudo-ortogonales de treinta y dos chips cada una.

Sabiendo que cada diferenciación entre muestras desfasadas de un período chip equivale a un producto complejo, es decir cuatro multiplicaciones reales y dos sumas reales, que treinta y un diferenciaciones se calculan por secuencia, que el coste del producto de una secuencia con una secuencia de referencia es ínfimo, ya que consiste únicamente en cambios de signos, que la suma calculada para la correlación comprende treinta sumas complejas, es decir sesenta sumas reales, y que la corrección del desfase de frecuencia portadora equivale a una multiplicación compleja, el coste global de la decodificación de cada secuencia ensanchada recibida puede traducirse en:

- (31 x 4 + 4) x 16 = 128 x 16 multiplicaciones reales y,

- (31 x 2 + 60 + 2) x 16 = 124 x16 sumas reales.

En términos de eficacia, se debe señalar que con dicho procedimiento de detección diferencial se alcanza un porcentaje de error por paquete PER (del inglés “Packet Error Rate”) del 1% para paquetes de 20 octetos (conforme al estándar IEEE 802.15.4 en la banda de 2, 4 GHz) , un desfase relativo de frecuencia portadora de 80 ppm (esto 80 partes por millón) y una relación señal/ruido de 12, 5 dB. Con paquetes de tamaño máximo de 127 octetos y el mismo desfase relativo de frecuencia portadora de 80 ppm, se alcanza un porcentaje de error por paquete PER del 1% para una relación señal/ruido de 14, 5 dB.

Otra solución consiste en cortar las secuencias ensanchadas en varias partes sucesivas, efectuar una correlación parcial de cada una de las partes y sumar los módulos de las correlaciones parciales calculadas. De este modo se obtiene una mayor eficacia debido a la mayor resistencia al desfase de la frecuencia portadora que cuando se calculan correlaciones completas. A partir de las correlaciones parciales calculadas, es posible estimar el desfase de frecuencia portadora cuando éste es demasiado importante como para no ser tenido en cuenta.

Más en particular, la invención se refiere a este tipo de procedimiento de estimación del desfase de frecuencia portadora en un receptor de señales de telecomunicación que comprende:

- una etapa de cálculo de las correlaciones parciales de varias partes sucesivas de una secuencia binaria de referencia, calculándose cada correlación parcial entre una parte de una señal recibida por el receptor en dicha frecuencia portadora, comprendiendo dicha señal una secuencia binaria de referencia, y una parte predeterminada de dicha secuencia binaria de referencia almacenada y/o generada por el receptor, según varias posiciones relativas posibles entre la señal recibida y la parte predeterminada, y

- una etapa de determinación del desfase de frecuencia portadora a partir de las correlaciones parciales calculadas.

Tal procedimiento se describe, por ejemplo, en la solicitud de patente internacional publicada con el número WO 01/61880. En este documento, el desfase de frecuencia portadora... [Seguir leyendo]

1. Procedimiento de estimación de un desfase de frecuencia portadora en un receptor de señales de telecomunicación, que comprende

una etapa (10) de cálculo de las correlaciones parciales referidas a varias partes sucesivas de una secuencia binaria de referencia, calculándose cada correlación parcial entre una parte de una señal recibida por el receptor en dicha frecuencia portadora, comprendiendo dicha señal tal secuencia binaria de referencia, y una parte predeterminada de dicha secuencia binaria de referencia almacenada y/o generada por el receptor, según varias posiciones relativas posibles entre la señal recibida y la porción predeterminada, y

una etapa (14, 16) de determinación del desfase de frecuencia portadora a partir de las correlaciones parciales calculadas,

caracterizado porque comprende una etapa (12) de selección de una posición de sincronización entre las posiciones relativas posibles entre la señal recibida y la secuencia binaria de referencia almacenada y/o generada por el receptor, y porque la etapa de determinación comprende la estimación (14) de un desfase entre las correlaciones parciales calculadas en la posición de sincronización seleccionada.

2. Procedimiento de estimación de un desfase de frecuencia portadora según la reivindicación 1, caracterizado porque la etapa de determinación (14, 16) comprende la estimación (14) de un desfase medio entre las correlaciones parciales sucesivas calculadas en la posición de sincronización seleccionada, principalmente por estimación de la esperanza matemática del producto entre dos correlaciones parciales sucesivas cualesquiera calculadas en la posición de sincronización seleccionada.

3. Procedimiento de estimación de un desfase de frecuencia portadora según la reivindicación 2, caracterizado porque el desfase de frecuencia portadora viene determinado por la relación

, donde ∆fˆ es el desfase de frecuencia portadora normalizado a una frecuencia de muestreo de la señal recibida, ∆ˆφ es el desfase medio estimado, N es el número de correlaciones parciales sucesivas, L es el número de bits de la secuencia binaria de referencia, L/N representa entonces el número de bits de cada parte donde se realiza una correlación parcial, y P es el número de muestras por bit de la secuencia binaria de referencia.

4. Procedimiento de estimación de un desfase de frecuencia portadora según una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque comprende además una etapa (18, 20) de corrección del desfase de frecuencia portadora mediante la compensación de dicho desfase en la señal recibida según el valor determinado del desfase de frecuencia portadora.

5. Procedimiento de estimación de un desfase de frecuencia portadora según la reivindicación 4, caracterizado porque la etapa de corrección (18, 20) comprende:

una etapa (18) de cálculo de los coeficientes de desfase sucesivos definidos en función del valor determinado del desfase de frecuencia portadora, y

una etapa (20) de aplicación de dichos coeficientes de desfase sucesivos a unas muestras de la señal recibida.

6. Procedimiento de estimación de un desfase de frecuencia portadora según la reivindicación 5, caracterizado porque los coeficientes de desfase sucesivos se calculan mediante tablas de datos precalculados.

7. Procedimiento de estimación de un desfase de frecuencia portadora según una de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque la secuencia binaria de referencia se obtiene por extensión del espectro de secuencia directa de un símbolo de referencia, principalmente en el marco de una transmisión conforme a la norma IEEE 802.15.4 previendo una transmisión de símbolos por paquetes, estando comprendida la secuencia binaria de referencia en el preámbulo de cada paquete recibido.

8. Procedimiento de estimación de un desfase de frecuencia portadora según la reivindicación 7, caracterizado porque el desfase de frecuencia portadora acompañado por un desfase de frecuencia de los símbolos transmitidos compensa el desfase engendrado en las muestras seleccionadas por el receptor mediante la adición o supresión de una muestra cada vez que dicho desfase es superior, adelantado o retrasado, a medio paso de muestreo.

9. Programa de ordenador descargable desde una red de comunicación y/o grabado en un soporte legible por ordenador y/o ejecutable por un procesador, caracterizado porque comprende instrucciones de código de programa para la ejecución de las etapas de un procedimiento de estimación de un desfase de frecuencia portadora según una de las reivindicaciones 1 a 8 cuando dicho programa es ejecutado en un ordenador.

10. Dispositivo móvil de telecomunicación (30) que comprende medios de estimación de un desfase de frecuencia portadora, comprendiendo dichos medios:

medios (36) de almacenamiento y/o de generación de una secuencia binaria de referencia,

medios (34) de cálculo de las correlaciones parciales referidas a varias partes sucesivas de la secuencia

binaria de referencia, calculándose cada correlación parcial entre una parte de una señal recibida por el receptor a dicha frecuencia portadora, comprendiendo dicha señal la secuencia binaria de referencia, y una parte predeterminada de dicha secuencia binaria de referencia almacenada y/o generada por el dispositivo móvil, según varias posiciones relativas posibles entre la señal recibida y la parte predeterminada, y

medios (40) de determinación del desfase de frecuencia portadora a partir de las correlaciones parciales 10 calculadas,

caracterizado porque comprende medios (38) de selección de una posición de sincronización entre las posiciones relativas posibles entre la señal recibida y la secuencia binaria de referencia almacenada y/o generada por el dispositivo móvil (30) , y porque los medios de determinación (40) comprenden medios de estimación de un desfase entre las correlaciones parciales calculadas en la posición de sincronización seleccionada.