Procedimiento de modulación multi-estado de fase continua y emisor que aplica dicho procedimiento.

Procedimiento de modulación de amplitud constante y fase continua de datos digitales,

dichos datos siendo unos símbolos complejos que transportan al menos un bit de información y cuya constelación teórica comprende un número de estados N al menos igual a dos, que comprende al menos las siguientes etapas:

• recuperar los símbolos a (n) de datos digitales que hay que transmitir, dichos símbolos de datos presentándose en forma de una secuencia de símbolos;

• aplicar a dichos símbolos a (n) un retardo con una duración K (30) con el fin de obtener una secuencia de símbolos retardados;

• aplicar a la secuencia de símbolos retardados una etapa de combinación (31) que suministra en su salida una secuencia transformada b (n) que se obtiene mediante la combinación de dichos símbolos retardados entre sí y ponderados mediante unos coeficientes w (i);

• modular la secuencia de símbolos b (n) mediante un procedimiento de modulación de fase continua compuesto por un filtro (32) de respuesta a un impulso h (t) y de un modulador de frecuencia (33) con el fin de obtener una secuencia de símbolos modulados,

dicho procedimiento caracterizándose porque dichos coeficientes w (i) se obtienen mediante las siguientes etapas:

• Inicializar los coeficientes w (i) tales que w (0) ≥ 1 y w (i) ≥ 0, para todo i diferente de 0.

• Generar una secuencia de N símbolos de datos complejos ek y su constelación (41) asociada formando una constelación de referencia.

• Filtrar dicha secuencia de N símbolos a través de la etapa de combinación (40) .

• Aplicar una modulación de fase continua (42) al resultado anterior permitiendo generar una señal modulada S (t) .

• Calcular el espectro de frecuencia de la señal modulada S (t) (43) .

• A partir de dicho espectro, calcular el filtro adaptado a la señal modulada S (t) (44) .

• Realizar el filtrado adaptado de la señal modulada S (t) (45) por medio de dicho filtro adaptado para obtener una secuencia de R símbolos Sk demodulados.

• Determinar la constelación (46) en el plano complejo de la secuencia R de símbolos Sk que se obtiene tras el filtrado adaptado.

• Calcular el error cuadrático medio (47) entre la constelación de referencia (41) y la constelación (46) de los símbolos Sk recibidos.

• Para cada coeficiente w (i), aumentar o reducir el valor de una constante 5w dada y reiterar el conjunto de las etapas anteriores mientras el error cuadrático medio no haya alcanzado un valor mínimo Emin dado.

Procedimiento de modulación multi-estado de fase continua y emisor que aplica dicho procedimiento

La invención se refiere a un procedimiento para la modulación de una información digital. Esta se refiere, por ejemplo, a las modulaciones de fase continua (CPM) y, en particular, a las modulaciones de frecuencia con envolvente constante más conocidas por la abreviatura « GMSK » (Gaussian Minimum Shift Keying) y tiene como objetivo permitir la supresión de la interferencia entre símbolos que se observa en la recepción de una señal modulada de acuerdo con la invención. Esta se aplica, por ejemplo, en el marco de transmisiones digitales en un sistema de telefonía celular. La invención también se refiere a un emisor de datos digitales que aplica el procedimiento de acuerdo con la invención.

De aquí en adelante en el documento, la expresión « Interferencia entre símbolos » se utiliza en referencia al fenómeno conocido por el experto en la materia que describe el hecho de que una muestra de señal recibida en un instante t no depende solo de un único símbolo emitido, sino también de otros símbolos vecinos.

El término « estado » de un símbolo se utiliza para designar la representación en el plano complejo de dicho símbolo. El término « constelación » de una secuencia compleja de símbolos se utiliza para designar la representación de dichos símbolos en el plano complejo. La expresión « filtro adaptado », conocida por el experto en la materia, se utiliza en el texto que sigue para designar el filtro lineal óptimo que aplica un receptor que permite maximizar la relación señal ruido.

Se conoce, por ejemplo, un procedimiento de modulación de fase continua y de amplitud constante por el documento US 4 229 821 A.

En determinados sistemas de transmisión actuales, se prefiere la utilización de modulaciones de amplitud constante, por ejemplo unas modulaciones de fase o de frecuencia, ya que estas últimas permiten maximizar el alcance de dichos sistemas, la potencia de emisión siendo constante y máxima en ese caso. Es, por ejemplo, el caso del sistema de telefonía celular GSM (Global System for Mobile communications) .

La tendencia actual de los sistemas de comunicación consiste en aumentar el flujo útil sin aumentar la anchura de banda de la señal emitida. Esto se puede hacer aumentando el número de bits de información transportados por un símbolo transmitido. En el caso de una modulación binaria, un símbolo transmitido solo lleva un bit de información, en el caso de una modulación con entre 4 y 8 estados, un símbolo transmitido lleva la información de 2 o 3 bits respectivamente.

Además, para superar las restricciones en el tamaño espectral de la señal transmitida, en particular su anchura de banda de frecuencia ocupada, así como las molestias que potencialmente causa a los canales adyacentes, es habitual utilizar unos procedimientos de modulación de fase continua como la modulación GMSK.

Los procedimientos ya mencionados, aunque eficaces, presentan como inconveniente que introducen una interferencia importante entre símbolos en la señal recibida. El símbolo recibido en el instante t se ve alterado al menos por sus símbolos vecinos emitidos en los instantes t-1 y t+1, lo que hace más difícil la decisión que debe ejecutar un receptor para determinar el estado inicial de dicho símbolo. Por ejemplo, en el caso de una modulación binaria, un símbolo puede adoptar 8 estados diferentes. El receptor deberá, por lo tanto, ejecutar una decisión entre estas 8 posibilidades para discriminar el bit correspondiente. La interferencia entre símbolos es más molesta y el receptor será más complejo cuanto mayor sea el número de estados posibles para un símbolo. Además, los procedimientos conocidos por el experto en la materia para demodular una señal transmitida de acuerdo con una modulación de fase continua de tipo GMSK presentan el inconveniente de ser complejos, ya que muy a menudo utilizan un ecualizador y un estimador de máxima verosimilitud conocidos por la abreviatura anglosajona « MLSE » (Maximum Likelihood Sequence Estimator) implementado, por ejemplo, a través de un algoritmo de Viterbi.

Por ello, la invención tiene por objeto un procedimiento de modulación de amplitud constante y fase continua de datos digitales de acuerdo con la reivindicación 1.

En una variante de realización, la etapa de combinación se ejecuta mediante un filtro de respuesta de impulso finita (RIF) con coeficientes w (i) , con i variando de 0 a K.

En otra variante de realización, la etapa de combinación se aplica mediante una memoria de solo lectura en la cual los valores de la secuencia transformada b (n) se precalculan a partir de los valores posibles de la secuencia a (n) .

En otra variante de realización la respuesta a un impulso h (t) del filtro que se utiliza para realizar la modulación de fase continua es una función gaussiana con una duración T y una desviación típica o.

En otra variante de realización la modulación de fase continua que se utiliza es una modulación GMSK (Gaussian Minimum Shift Keying) .

La invención también tiene por objeto un emisor que se utiliza para transmitir unos datos modulados por medio de un procedimiento de modulación de fase continua y amplitud constante de acuerdo con la reivindicación 6.

Se mostrarán mejor otras características y ventajas del procedimiento y del sistema de acuerdo con la invención con la lectura de la descripción que viene a continuación de un ejemplo de realización, que se da a título ilustrativo y en absoluto excluyente, al que se adjuntan unas figuras que representan:

• La figura 1, un ejemplo de modulador GMSK.

• Las figuras 2a, 2b y 2c, un ejemplo de diferentes características de una modulación GMSK, la respuesta a un impulso de un filtro h (t) , la función f (t) integral de h (t) y la variación de la fase de la señal modulada a lo largo del tiempo.

• La figura 3, un ejemplo de dispositivo de demodulación diferencial de una señal modulada mediante una modulación GMSK de acuerdo con el estado de la técnica.

• Las figuras 4a, 4b y 4c, varios ejemplos de constelaciones obtenidas mediante la demodulación diferencial de una señal modulada con una modulación GMSK.

• La figura 5, un ejemplo de dispositivo de demodulación coherente de una señal modulada con una modulación GMSK de acuerdo con el estado de la técnica.

• Las figuras 6a y 6b, varios ejemplos de constelaciones obtenidas mediante la demodulación coherente de una señal modulada con una modulación GMSK de acuerdo con el estado de la técnica

• La figura 7, un ejemplo de dispositivo que aplica un procedimiento de modulación de acuerdo con la invención.

• La figura 8, un ejemplo de realización de un procedimiento que permite determinar los parámetros de la modulación definida por el procedimiento de acuerdo con la invención.

• Las figuras 9a y 9b, un ejemplo de constelaciones obtenidas mediante la demodulación diferencial de una señal modulada por medio del procedimiento de acuerdo con la invención.

• La figura 10, un ejemplo de constelaciones obtenidas mediante la demodulación coherente de una señal modulada por medio del procedimiento de acuerdo con la invención.

• la figura 11, un ejemplo de espectro de frecuencia de la señal emitida por medio del procedimiento de acuerdo con la invención.

Para entender mejor el funcionamiento del procedimiento, la descripción comprende un recordatorio acerca del principio de modulación y de demodulación de las modulaciones de fase continua conocidas por el experto en la materia con el término anglosajón CPM (Continuous Phase Modulation) . Las modulaciones CPM son una familia de modulaciones que habitualmente se utilizan para transmitir datos digitales, en particular en el ámbito de las comunicaciones inalámbricas. Al contrario que otros procedimientos de modulación en los que la fase de la señal modulada se ve sometida a unas transiciones abruptas, las modulaciones CPM permiten modular la fase de los símbolos transmitidos de forma continua.

La figura 1 ilustra un procedimiento de modulación de fase continua. Los datos binarios que hay... [Seguir leyendo]

1. Procedimiento de modulación de amplitud constante y fase continua de datos digitales, dichos datos siendo unos símbolos complejos que transportan al menos un bit de información y cuya constelación teórica comprende un número de estados N al menos igual a dos, que comprende al menos las siguientes etapas:

• recuperar los símbolos a (n) de datos digitales que hay que transmitir, dichos símbolos de datos presentándose en forma de una secuencia de símbolos;

• aplicar a dichos símbolos a (n) un retardo con una duración K (30) con el fin de obtener una secuencia de símbolos retardados;

• aplicar a la secuencia de símbolos retardados una etapa de combinación (31) que suministra en su salida una secuencia transformada b (n) que se obtiene mediante la combinación de dichos símbolos retardados entre sí y ponderados mediante unos coeficientes w (i) ;

• modular la secuencia de símbolos b (n) mediante un procedimiento de modulación de fase continua compuesto por un filtro (32) de respuesta a un impulso h (t) y de un modulador de frecuencia (33) con el fin de obtener una secuencia de símbolos modulados,

dicho procedimiento caracterizándose porque dichos coeficientes w (i) se obtienen mediante las siguientes etapas:

• Inicializar los coeficientes w (i) tales que w (0) = 1 y w (i) = 0, para todo i diferente de 0.

• Generar una secuencia de N símbolos de datos complejos ek y su constelación (41) asociada formando una constelación de referencia.

• Filtrar dicha secuencia de N símbolos a través de la etapa de combinación (40) .

• Aplicar una modulación de fase continua (42) al resultado anterior permitiendo generar una señal modulada S (t) .

• Calcular el espectro de frecuencia de la señal modulada S (t) (43) .

• A partir de dicho espectro, calcular el filtro adaptado a la señal modulada S (t) (44) .

• Realizar el filtrado adaptado de la señal modulada S (t) (45) por medio de dicho filtro adaptado para obtener una secuencia de R símbolos Sk demodulados.

• Determinar la constelación (46) en el plano complejo de la secuencia R de símbolos Sk que se obtiene tras el filtrado adaptado.

• Calcular el error cuadrático medio (47) entre la constelación de referencia (41) y la constelación (46) de los símbolos Sk recibidos.

• Para cada coeficiente w (i) , aumentar o reducir el valor de una constante 5w dada y reiterar el conjunto de las etapas anteriores mientras el error cuadrático medio no haya alcanzado un valor mínimo Emin dado.

2. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1 que se caracteriza porque la etapa de combinación la ejecuta un filtro de respuesta de impulso finita (RIF) con coeficientes w (i) , con i variando de 0 a K.

3. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1 que se caracteriza porque la etapa de combinación la lleva a cabo una memoria de solo lectura en la cual los valores de la secuencia transformada b (n) se precalculan a partir de los valores posibles de la secuencia a (n) .

4. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, que se caracteriza porque la respuesta a un impulso h (t) del filtro (32) que se utiliza para realizar la modulación de fase continua es una función gaussiana con una duración T y una desviación típica o.

5. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, que se caracteriza porque la modulación de fase continua que se utiliza es una modulación GMSK (Gaussian Minimum Shift Keying) .

6. Emisor adaptado para transmitir unos datos modulados por medio de un procedimiento de modulación de fase continua y amplitud constante, los datos presentándose en forma de una secuencia de símbolos complejos que transportan al menos un bit de información y cuya constelación teórica comprende un número de estados N al menos igual a dos, dicho emisor comprendiendo al menos los siguientes elementos:

• una línea de retardo (30) que comprende K celdas que producen en la salida una secuencia de símbolos retardados;

• un sistema de combinación (31) de coeficientes w (i) adaptado para ejecutar una combinación de los símbolos retardados entre sí y ponderados por unos coeficientes w (i) con el fin de producir una nueva secuencia de símbolos b (n) ;

• un sistema de modulación de fase continua que comprende un filtro (32) y un modulador de frecuencia (33) y que modula la secuencia de símbolos b (n) con el fin de obtener una secuencia de símbolos modulados,

dicho emisor caracterizándose porque dichos coeficientes w (i) se obtienen mediante las etapas de cálculo siguientes:

• Inicializar los coeficientes w (i) tales que w (0) = 1 y w (i) = 0, para todo i diferente de 0.

• Generar una secuencia de N símbolos de datos complejos ek y su constelación (41) asociada formando una

constelación de referencia.

• Filtrar dicha secuencia de N símbolos a través de la etapa de combinación (40) .

• Aplicar una modulación de fase continua (42) al resultado anterior permitiendo generar una señal modulada

S (t) . 5 • Calcular el espectro de frecuencia de la señal modulada S (t) (43) .

• A partir de dicho espectro, calcular el filtro adaptado a la señal modulada S (t) (44) .

• Realizar el filtrado adaptado de la señal modulada S (t) (45) por medio de dicho filtro adaptado para obtener una secuencia de R símbolos Sk demodulados.

• Determinar la constelación (46) en el plano complejo de la secuencia R de símbolos Sk que se obtiene tras 10 el filtrado adaptado.

• Calcular el error cuadrático medio (47) entre la constelación de referencia (41) y la constelación (46) de los símbolos Sk recibidos.

• Para cada coeficiente w (i) , aumentar o reducir el valor de una constante 5w dada y reiterar el conjunto de las etapas anteriores mientras el error cuadrático medio no haya alcanzado un valor mínimo Emin.

15 7. Emisor de acuerdo con la reivindicación 6 que se caracteriza porque dicho sistema de combinación (31) es un filtro de respuesta de impulso finita (RIF) con coeficientes w (i) , para i variando de 0 a K.

8. Emisor de acuerdo con una de las reivindicaciones 6 o 7 que se caracteriza porque dicho sistema de combinación (31) es una memoria de solo lectura en la cual los valores de la secuencia transformada b (n) se precalculan a partir de los valores posibles de la secuencia a (n) .

20 9. Emisor de acuerdo con una de las reivindicaciones 6 a 8 que se caracteriza porque el filtro (32) que se utiliza para realizar la modulación de fase continua tiene una respuesta a un impulso h (t) que es una función gaussiana con una duración LT y una desviación típica o.

10. Emisor de acuerdo con una de las reivindicaciones 6 a 9 que se caracteriza porque el sistema de modulación que se utiliza es un sistema de modulación GMSK (Gaussian Minimum Shift Keying) .