METODO DE ESTIMACION DE LA TASA DE SIMBOLO DE LAS MODULACIONES MONOPORTADORAS.

La presente invención se refiere a un método de estimación de la tasa de símbolo de las modulaciones monoportadoras.



Una misma fuente de información se puede transmitir por diferentes medios y bajo esquemas de comunicaciones distintos. En concreto, las señales de televisión pueden transmitirse de forma analógica o digital y, en cada caso, con diferentes modulaciones y parámetros de transmisión. Un receptor con capacidad para demodular una señal de televisión transmitida bajo un esquema de comunicación arbitrario necesita conocer las características y parámetros de dicho esquema como paso previo a la propia demodulación. Para ello se hace necesaria una labor de clasificación basada en cálculos a realizar sobre las muestras de la señal, que incluye la determinación del tipo de modulación así como la extracción de la tasa de símbolo en el caso de señales digitales de televisión por satélite y cable.

Tipo: Patente de Invención. Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: P200703168.

Solicitante: SISTEMAS INTEGRADOS DE SERVICIOS DE TELECONTROL, S.L..

Nacionalidad solicitante: España.

Inventor/es: MOSQUERA NARTALLO,CARLOS, LEDO GAVIEIRO,JOSE LUIS, UCHA CUEVAS,MIGUEL ANGEL.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • G01R23/16 SECCION G — FISICA.G01 METROLOGIA; ENSAYOS.G01R MEDIDA DE VARIABLES ELECTRICAS; MEDIDA DE VARIABLES MAGNETICAS (indicación de la sintonización de circuitos resonantes H03J 3/12). › G01R 23/00 Dispositivos para realizar medidas de frecuencia; Dispositivos para realizar análisis de espectros de frecuencia. › Análisis de espectros; Análisis de Fourier.
  • H04N17/00 SECCION H — ELECTRICIDAD.H04 TECNICA DE LAS COMUNICACIONES ELECTRICAS.H04N TRANSMISION DE IMAGENES, p. ej. TELEVISION. › Diagnóstico, prueba o medida, o sus detalles, para los sistemas de televisión.

Fragmento de la descripción:

Método de estimación de la tasa de símbolo de las modulaciones monoportadoras.

Sector de la técnica

Esta invención se sitúa en el ámbito de la clasificación de señales de televisión y la obtención de la tasa de símbolo en aquellos casos que corresponda.

Estado de la técnica

A la hora de construir un aparato capaz de recibir y demodular cualquier tipo conocido de señal de televisión, es preciso llevar a cabo una serie de tareas previas a la demodulación propiamente dicha. Si el aparato tiene una interfaz de entrada común a todas las señales, la primera tarea a llevar a cabo será la clasificación de las señales a partir de su formato de modulación. Existen diferentes métodos para realizar esta clasificación en función del tipo de señales que se quiera clasificar. En la actualidad coexisten diversos estándares para la difusión de señales de televisión, los cuales emplean esquemas de modulación diferentes entre sí, entre los que destacamos DVB-T, DVB-S, DVB-S2, DVB-C, televisión analógica por satélite y televisión analógica terrestre. DVB-T (Digital Video Broadcasting - Terrestrial) es un estándar de transmisión de televisión digital en la banda de frecuencias terrenal ampliamente utilizado hoy en día. Su modulación es la denominada OFDM (Orthogonal Frequency División Multiplexing), modulación multiportadora caracterizada por lograr un espectro prácticamente plano en la zona de interés y emitir una potencia muy baja fuera de ésta. Las señales de DVB-T y televisión analógica terrestre comparten banda de frecuencia debido a la paulatina sustitución de la versión analógica por la digital. DVB-S (Digital Video Broadcasting - Satellite) es uno de los estándares de difusión de televisión digital por vía satélite. Su modulación entra dentro del grupo denominado modulación monoportadora y utiliza como filtro transmisor la raíz cuadrada del coseno alzado con un factor de exceso de ancho de banda de 0,35. La constelación empleada es una QPSK (Quadrature Phase-Shift Keying) que posee un alfabeto de cuatro símbolos distintos que transportan 2 bits cada uno. DVB-S2 (Digital Video Broadcasting - Satellite Second Generation) es la versión más actual del anterior DVB-S. Ésta sigue siendo una modulación monoportadora basada en un filtro transmisor de raíz cuadrada de coseno alzado, pero en esta actualización el exceso de ancho de banda puede ser de 0,2, 0,25 o 0,35. La constelación utilizada por esta señal puede ser QPSK, 8PSK (Phase-Shift Keying), 16APSK (Amplitude and Phase-Shift Keying) ó 32APSK, con alfabetos de 4, 8, 16 ó 32 símbolos distintos que incorporan 2, 3, 4 ó 5 bits por símbolo respectivamente. DVB-C (Digital Video Broadcasting - Cable) es el estándar de transmisión de televisión digital a través de cable. De nuevo se trata de una modulación monoportadora basada en un filtro transmisor de raíz cuadrada de coseno alzado, pero en este caso con un factor de exceso de ancho de banda de 0,15. La constelación utilizada por este sistema es QAM (Quadrature Amplitude Modulation) con un alfabeto de 16, 32, 64, 128 ó 256 símbolos transmitiendo 4, 5, 6, 7 u 8 bits por símbolo respectivamente.

La señal de televisión analógica por satélite está modulada en FM (Frequency Modulation). La señal de televisión analógica terrestre está compuesta por una portadora de vídeo y una portadora de audio modulada en FM. En el dominio del tiempo, esta señal posee una serie de pulsos de sincronismo equiespaciados 64 microsegundos que sirven para indicar que comienza una nueva línea de imagen.

Para la distinción entre una señal de DVB-T y otra de televisión analógica terrestre existen métodos como, por ejemplo, el expuesto en la patente ES 2 155 805 A1 con título "Sistema de identificación de señales portadoras de televisión digital y/o analógica y equipo para la medición y proceso de señales portadoras de televisión digital y/o analógica". El sistema patentado está basado en el estudio de la potencia de la señal recibida en unas determinadas frecuencias dentro del canal para determinar así si se trata de una señal de televisión analógica, digital o simplemente el canal está vacío. Precisamente el hecho de analizar la señal en el dominio de la frecuencia puede resultar demasiado costoso para algunas implementaciones, ya sea debido a requerimientos hardware o temporales. La televisión analógica y digital por satélite también comparten la misma banda de frecuencia. Para la distinción de estas señales el procedimiento habitual suele pasar por una primera clasificación entre señales analógicas y digitales. Uno de los métodos empleados para distinguir una señal FM por satélite analógica de otra señal de televisión por satélite digital es el estadístico conocido como curtosis, tal y como muestran E.E. Azzouz y A.K. Nandi en la publicación IEE Proc-Commun, Vol 143, Nº 5, October 1996 titulada "Procedure for automatic recognition of analogue and digital modulations". Igualmente es necesario disponer de mecanismos que puedan diferenciar el tipo de modulación digital empleada. En algunos casos se emplea un proceso de entrenamiento del clasificador para después asignar la señal de entrada a una determinada clase. Así, en la patente europea EP 0 266 962 A2 de título "Voiceband signal classification" se utilizan los momentos de orden dos para discriminar entre señales FSK (Frequency-Shift Keying), PSK y QAM.

Por otro lado, es necesario para el receptor el conocimiento de la tasa de símbolo y la constelación empleada en aquellos esquemas de comunicaciones digitales en donde existen varias posibilidades para estos parámetros. La clasificación del tipo de constelación es un problema descrito ampliamente en la literatura que se suele abordar a partir del estudio de los estadísticos de la señal. A. Swami muestra un ejemplo en la publicación del IEEE Transactions On Communications, Vol. 48, Nº 3 de marzo de 2000 titulada "Hierarchical Digital Modulation Classification Using Cumulants", donde emplea los cumulantes para diseñar su clasificador. Otros métodos utilizados se basan en el histograma de la señal, tal y como hacen M. W. Fox y D. T. K. Wang en la patente americana US005687163 titulada "Method and apparatus for signal classification using I/Q Quadrant Histogram". La estimación de la tasa de símbolo se aborda en el estado del arte empleando fundamentalmente la cicloestacionariedad de la señal digital. Para ello, se recurre a la multiplicación de la señal por sus diferentes versiones desplazadas, obteniendo de este modo líneas espectrales que se usan para estimar la tasa de símbolo, tal y como se describe en "Asymptotic Analysis of Blind Cyclic Correlation-Based Symbol-Rate Estimator", P. Ciblat et al, IEEE Transactions On Information Theory, Vol. 48, Nº 7 de julio de 2002. Uno de los principales inconvenientes de este método es la gran cantidad de picos espúreos que provoca en frecuencia y que dificultan la estimación de la tasa de símbolo, especialmente cuando la tasa de muestreo es muy alta en relación con la tasa de símbolo. Sus prestaciones se degradan igualmente si el exceso de ancho de banda es pequeño. Por todo ello el método clásico analizado por P. Ciblat et al no es aplicable directamente en aquellos casos con un gran rango de tasas de símbolo a cubrir, como ocurre en DVB-S, DVB-C y DVB-S2. Además, sus prestaciones se degradan para señales con escaso exceso de ancho de banda, como ocurre en DVB-C y algunas configuraciones de DVB-S2. Otros métodos se basan en la utilización de lazos enganchados en fase (PLL); el problema principal que presentan estos métodos es que también necesitan partir de una estimación previa suficientemente buena como para evitar la divergencia del estimador.

Una forma conceptualmente simple de abordar la clasificación objeto de esta patente es demodular la señal para todos los tipos posibles de formatos, hasta dar con aquél que proporciona una señal de televisión operativa. Sin embargo, el número de posibilidades es muy elevado, si tenemos en cuenta además todas las diferentes tasas de símbolo que habría que abarcar. Resulta deseable disponer de un procedimiento con una complejidad computacional menor, que además pueda operar digitalmente a partir de las muestras de la señal de entrada tomadas con un reloj de muestreo fijo.

Descripción

La presente invención describe un método de estimación de la tasa de símbolo de las modulaciones monoportadoras caracterizado por que:

a.- Realiza una primera estimación de su ancho de banda basándose en la densidad espectral de potencia de la señal.

b.- Filtra la señal con un filtro paso bajo ajustable al ancho de banda estimado en el...

 


Reivindicaciones:

1. Método de estimación de la tasa de símbolo de las modulaciones monoportadoras caracterizado por que:

n.- Realiza una primera estimación de su ancho de banda basándose en la densidad espectral de potencia de la señal.

o.- Filtra la señal con un filtro paso bajo ajustable al ancho de banda estimado en el punto anterior.

p.- Calcula el factor de sobremuestreo en función de la estimación del ancho de banda de la señal realizada en el punto a.

q.- Diezma la señal para ajustar el factor de sobremuestreo a un valor que esté entre dos y cuatro.

r.- Eleva la señal al cuadrado.

s.- Multiplica la señal por el conjugado de una réplica retardada un determinado valor.

t.- Incluye varias ramas de multiplicación y retardo como la del apartado anterior, variando en cada caso el valor del retardo.

u.- Realiza una transformada discreta de Fourier de las señales obtenidas en cada una de las ramas.

v.- Suma el módulo al cuadrado de las transformadas discretas de Fourier de todas las ramas.

w.- Calcula la envolvente del resultado de la suma de todas las transformadas discretas de Fourier y sustraerla de dicha suma, obteniendo así un vector con índices de frecuencia positivos y negativos.

x.- Suma el contenido de las frecuencias positivas del vector obtenido en el punto anterior con el contenido de las correspondientes negativas.

y.- Estima la tasa de símbolo buscando el máximo del vector obtenido en el punto anterior.

z.- Afinade la estimación de velocidad de símbolo realizando una interpolación con los valores cercanos a la línea espectral encontrada en el punto anterior.

2. Método de estimación de la tasa de símbolo de las modulaciones monoportadora según reivindicaciones anteriores porque el proceso de diezmado de la señal se realiza en varios pasos de forma iterativa, filtrando la señal con un filtro paso bajo ajustable o fijo antes de cada diezmado.

3. Método de estimación de la velocidad de símbolo de las modulaciones monoportadora según reivindicaciones anteriores caracterizado porque se elimina la componente continua antes de realizar la transformada discreta de Fourier de cada rama del estimador.

4. Sistema de clasificación de señales de televisión caracterizado porque comprende:

a.- Una entrada de radio frecuencia para las señales de televisión analógica de satélite, DVB-S y DVB-S2.

b.- Otra entrada de radio frecuencia diferente a la del punto anterior para las señales de televisión analógica terrestre, DVB-T y DVB-C.

c.- Un detector de energía.

d.- Una etapa mezcladora para el traslado del canal de interés a una frecuencia intermedia conocida.

e.- Un filtro pasobanda.

f.- Un control automático de ganancia.

g.- Un conversor analógico-digital.

h.- Un sistema programable de procesado digital de señales.

5. Sistema de clasificación de señales de televisión según reivindicación 5 caracterizado porque la señal de televisión analógica terrestre se clasifica buscando la correlación existente entre los pulsos de sincronismo.

6. Sistema de clasificación de señales de televisión según reivindicaciones 5 y 6 caracterizado porque las señales digitales con formatos multiportadora y monoportadora se clasifican en función de los momentos muéstrales absolutos de orden dos, cuatro y seis, que forman una determinada región distinta para cada formato de modulación.

7. Sistema de clasificación de señales de televisión según reivindicación 6 y 7 caracterizado porque las señales de televisión por satélite analógica y digital se clasifican en función de los momentos muéstrales absolutos de orden dos, cuatro y seis, que forman una determinada región distinta para cada formato de modulación.

8. Sistema de clasificación de señales de televisión según reivindicación 5, 6,7 y 8 caracterizado porque las señales de televisión digital con formatos de modulación DVB-S y DVB-S2 se clasifican buscando la correlación existente entre los campos SOF de la cabecera de la señal de DVB-S2.


 

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