Procedimiento de seguimiento de la fase de una señal modulada mediante modulación de fase continua y dispositivo de sincronización que implementa el procedimiento.

Procedimiento de seguimiento de la fase de una señal modulada mediante una modulación de fase continua con M estados,

muestreada (41) de tal modo que se obtengan al menos dos muestras por periodo de símbolo y tratada por porción de N símbolos, dicho procedimiento caracterizándose porque:

- se determina (44) un vector complejo V (n) representativo del estado de amplitud y de fase de la señal recibida para cada periodo de símbolo con una desviación de un medio periodo de símbolo (44) con respecto al ritmo de símbolo del receptor;

- se realiza una medición de nivel (50, 53) para cada periodo de símbolo sobre la parte real o imaginaria de dos muestras complejas U (n) y U (n-1) distribuidas con una desviación prácticamente de un medio periodo de símbolo a ambos lados del instante de estimación del vector complejo V (n);

- los vectores complejos V (n) se asocian (55) para cada periodo de símbolo a uno de los M puntos de la constelación de la modulación de fase continua mediante una función de correspondencia (51) que toma a la entrada los niveles de las muestras U (n) y U (n-1) y que permite encontrar el punto más próximo de la constelación;

- se calcula (60, 61, 62, 63) una estimación media de la desviación de la fase en un periodo de N símbolos para cada uno de los puntos de los M puntos de la constelación de la modulación de fase continua diferenciando entre la estimación media de la fase de la señal y el valor de fase teórico asociado a cada punto de la constelación de la modulación de fase continua;

- se calcula (64) una estimación absoluta de la desviación de la fase en un periodo de N símbolos haciendo la media de las estimaciones medias de la desviación de la fase asociadas a cada uno de los M puntos de la constelación de la modulación de fase continua;

- se calcula (64) una estimación diferencial de la desviación de la fase en un periodo de N símbolos haciendo la media de las diferencias de desviaciones de fase medias entre puntos consecutivos de la constelación.

Procedimiento de seguimiento de la fase de una señal modulada mediante modulación de fase continua y dispositivo de sincronización que implementa el procedimiento La presente invención se refiere a un procedimiento de seguimiento de la fase de una señal modulada mediante modulación de fase continua y a un dispositivo de sincronización que implementa el dispositivo. Esta también se aplica, en particular, al campo de las comunicaciones digitales.

En un sistema de comunicaciones digitales, un transmisor emite una señal hacia un receptor por medio de un canal de transmisión. La señal se modula, es decir hace que las características de una onda portadora varíen de tal modo que transporte información (habitualmente se representa por medio de símbolos binarios ‘0' y ‘1') . En el caso de una modulación de fase, la información útil se transmite haciendo variar la fase de la señal a transmitir. El receptor tendrá como objetivo demodular la señal, es decir detectar las variaciones de la fase de la señal que se recibe. Las modulaciones de fase continua (CPM por " Continuous Phase Modulation " en inglés) forman una familia particular de las modulaciones de fase para las que las variaciones de la fase de la señal se realizan de manera continua de un símbolo a otro. Para otros tipos de modulaciones de fase como los M-PSK (modulación con M estados de fase, PSK significando " Phase Shift Keying " en inglés) , se puede observar entre dos símbolos unas variaciones importantes de la fase de la señal. Estas tienen, como consecuencia, una ampliación del espectro, es decir de la banda que ocupa la señal. En lo que se refiere a las modulaciones continuas de fase, debido al hecho de que inducen una variación continua de la fase de la señal, estas permiten obtener un buen rendimiento en términos de eficiencia espectral.

La modulación GMSK, por " Gaussian Minimum Shift Keying " en inglés, es una modulación que pertenece a la familia de las modulaciones de fase continua. Esta se caracteriza porque utiliza un filtro gaussiano que emplea para filtrar los datos antes de modular la onda portadora. Este filtro tiene el efecto de hacer que las transiciones de fase de un símbolo al otro sean más progresivas que, por ejemplo, en el caso de una modulación MSK (" Minimum Shift Keying ") . Las características de esta modulación permiten utilizar de manera eficaz el amplificador de potencia en el lado del transmisor ya que este puede trabajar en zona de saturación. Estas propiedades hacen que la modulación GMSK esté especialmente adaptada para las transmisiones por satélite. A título de ejemplo, un futuro sistema de navegación y de recogida de datos por satélite utilizará esta modulación asociada a un codificador convolutivo con una tasa de rendimiento ½.

Para que un sistema de telecomunicaciones funcione de forma correcta es necesario sincronizar el receptor con la señal recibida. En efecto, si esto no sucede, los resultados en la recepción se verán degradados por un aumento, en particular, de la tasa de error binario. Incluso si el transmisor y el receptor tienen sus relojes internos sincronizados en la inicialización de la comunicación, esta situación puede cambiar a lo largo del tiempo. Tomando como ejemplo las telecomunicaciones inalámbricas, cuando el transmisor y el receptor están en movimiento relativo uno respecto del otro, el efecto Doppler introduce una desviación de frecuencia y tiempo en la señal recibida. La pérdida de sincronización también tiene otras causas, como los defectos de los osciladores que utilizan el transmisor y el receptor. Es, por lo tanto, necesario, a la hora de diseñar un sistema de telecomunicaciones, considerar este aspecto y utilizar unos algoritmos de sincronización eficaces. Una manera de estimar la fiabilidad de estos algoritmos es comparar sus resultados de estimación en la cota de Cramer-Rao. Esta cota indica la mayor precisión que se puede obtener mediante un estimador.

Los procedimientos habituales de sincronización de señales que utilizan una modulación de fase continua, como las modulaciones MSK o GMSK, utilizan en particular estos dos tipos de métodos.

El primer método se denomina NDA (por " non data aided " en inglés) y se deriva del procedimiento descrito por Rudi de Buda en su artículo " Coherent Demodulation of Frequency-Shift Keying With Low Deviation Ratio " (IEEE transactions on communications, junio de 1972) . Por ejemplo, la modulación GMSK con B·Ts = 0, 5, B·Ts siendo el producto de la banda de la señal y del periodo de símbolo, se puede considerar como un caso particular de la modulación FSK con dos frecuencias F1 y F2. El método se basa en la elevación al cuadrado de la señal modulada y permite recuperar una raya en la frecuencia 2*F1 y una raya en la frecuencia 2*F2. A partir de estas 2 rayas se puede recuperar una señal de portadora y un reloj de ritmo. El fallo de este procedimiento es que con una baja relación Es/N0 (relación entre la energía de símbolo y la densidad espectral de potencia del ruido en la recepción) y debido al hecho de elevar al cuadrado, el ruido de fase se encuentra a un nivel muy elevado, lo que obliga al empleo de bucles de enganche de fase con una banda de bucle reducido a algunos hercios, lo que es incompatible con la evolución de la desviación debida al efecto Doppler en el caso, por ejemplo, de una señal recibida mediante un receptor de satélite.

El segundo método habitual consiste en emplear una sub-portadora piloto o bien una secuencia piloto. El empleo de una sub-portadora durante la transmisión de los datos hace que el transmisor sea más complicado y ya no permite que el transmisor funcione con saturación de su amplificador de potencia. Por esta razón, para una potencia de alimentación dada, se dispone de menos potencia útil para la transmisión de los datos a causa de la presencia de la sub-portadora que suprime esta potencia útil y a causa de la necesaria disminución de potencia del transmisor para generar la señal útil y la sub-portadora sin intermodulaciones molestas. La disminución de potencia de un transmisor es un procedimiento que consiste en emplear su amplificador de potencia reducido, o desplazado, al nivel de entrada para que funcione en una zona casi lineal.

El documento FR 2 845 546 describe un procedimiento y un dispositivo para un estimador de desviaciones de fase y de frecuencia combinado para una transmisión MPSK, en los que el intervalo de observaciones total se divide en sub-intervalos y a continuación se despliega para suprimir la discontinuidad en la estimación de fase calculada. La desviación de fase se calcula a continuación promediando las estimaciones de fases desplegadas mientras que la desviación de frecuencia se calcula promediando las diferencias entre las estimaciones de fases desplegadas adyacentes.

CITA DE LAS

Para ello, la invención tiene por objeto un procedimiento de seguimiento de la fase de una señal modulada mediante una modulación de fase continua con M estados, muestreada de tal modo que se obtengan al menos dos muestras por periodo de símbolo y tratada por porción de N símbolos, dicho procedimiento caracterizándose porque:

- se determina un vector complejo V (n) representativo del estado de amplitud y de fase de la señal recibida para cada periodo de símbolo con una desviación de un medio periodo de símbolo con respecto al ritmo de símbolo del receptor;

- se realiza una medición de nivel para cada periodo de símbolo sobre la parte real o imaginaria de dos muestras complejas U (n) y U (n-1) distribuidas con una desviación prácticamente de un medio periodo de símbolo a ambos lados del instante de estimación del vector complejo V (n) ;

- los vectores complejos V (n) se asocian para cada periodo de símbolo a uno de los M puntos de la constelación de la modulación de fase continua mediante una función de correspondencia que toma a la entrada los niveles de las muestras U (n) y U (n-1) y que permite encontrar el punto más próximo de la constelación;

- se calcula una estimación media de la desviación de la fase en un periodo de N símbolos para cada uno de los puntos de los M puntos de la constelación de la modulación de fase continua diferenciando entre la estimación media de la fase de la señal y el valor de fase teórico asociado a cada punto de la constelación de la modulación de fase continua;

- se calcula una estimación absoluta de la desviación de la fase en un periodo de N símbolos haciendo la media de las estimaciones medias de la desviación de la fase asociadas a cada uno de los M... [Seguir leyendo]

1. Procedimiento de seguimiento de la fase de una señal modulada mediante una modulación de fase continua con M estados, muestreada (41) de tal modo que se obtengan al menos dos muestras por periodo de símbolo y tratada por porción de N símbolos, dicho procedimiento caracterizándose porque:

- se determina (44) un vector complejo V (n) representativo del estado de amplitud y de fase de la señal recibida para cada periodo de símbolo con una desviación de un medio periodo de símbolo (44) con respecto al ritmo de símbolo del receptor;

- se realiza una medición de nivel (50, 53) para cada periodo de símbolo sobre la parte real o imaginaria de dos muestras complejas U (n) y U (n-1) distribuidas con una desviación prácticamente de un medio periodo de símbolo a ambos lados del instante de estimación del vector complejo V (n) ;

- los vectores complejos V (n) se asocian (55) para cada periodo de símbolo a uno de los M puntos de la constelación de la modulación de fase continua mediante una función de correspondencia (51) que toma a la entrada los niveles de las muestras U (n) y U (n-1) y que permite encontrar el punto más próximo de la constelación;

- se calcula (60, 61, 62, 63) una estimación media de la desviación de la fase en un periodo de N símbolos para cada uno de los puntos de los M puntos de la constelación de la modulación de fase continua diferenciando entre la estimación media de la fase de la señal y el valor de fase teórico asociado a cada punto de la constelación de la modulación de fase continua;

- se calcula (64) una estimación absoluta de la desviación de la fase en un periodo de N símbolos haciendo la media de las estimaciones medias de la desviación de la fase asociadas a cada uno de los M puntos de la constelación de la modulación de fase continua;

- se calcula (64) una estimación diferencial de la desviación de la fase en un periodo de N símbolos haciendo la media de las diferencias de desviaciones de fase medias entre puntos consecutivos de la constelación.

2. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1 que se caracteriza porque la función de correspondencia (51) que permite asociar los vectores complejos V (n) a uno de los M puntos de la constelación de la modulación de fase continua (55) comprende una tabla de verdad que se basa en el resultado de la proyección de las muestras complejas U (n) y U (n-1) sobre el eje real o imaginario después de haber determinado un valor en función del nivel detectado (50, 53) , es decir +1 para un nivel de proyección superior a 0 y -1 para un nivel de proyección inferior a 0, y haciendo corresponder uno de los M símbolos de la constelación con un par de -1/+1 calculado para cada par de muestras U (n) y U (n-1) .

3. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores que se caracteriza porque la señal recibida se ecualiza en frecuencia (42) antes de la estimación de los vectores complejos V (n) .

4. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores que se caracteriza porque la señal recibida se ecualiza (48) antes del tratamiento de las muestras U (n) y U (n-1) utilizando un filtro adaptativo.

5. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores que se caracteriza porque sobre la duración del periodo de tratamiento de N símbolos y para cada punto de la constelación, se calcula (56) un vector complejo medio (Vi (n) ) por medio de los vectores Vi (n) asociados (55) a cada uno de los puntos i de dicha constelación.

6. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 5 que se caracteriza porque el argumento de los vectores complejos medios (Vi (n) ) asociados a cada uno de los M puntos de la constelación se compara con el argumento teórico del punto asociado de la constelación y se utiliza para estimar la desviación media de la fase (60, 61, 62, 63) para cada uno de los M puntos de la constelación.

7. Procedimiento de sincronización de una señal modulada mediante una modulación de fase continua con M estados que se caracteriza porque utiliza el procedimiento de seguimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores y porque:

- la fase de la señal recibida se corrige (65) parametrizando un bucle de enganche de fase (46) con la estimación absoluta de la desviación de fase que se deduce de la aplicación del procedimiento;

- el ritmo de símbolo del receptor se corrige parametrizando un filtro pasa todo con retardo programable (67) con un valor de retardo temporal calculado (66) por medio de la estimación diferencial de desviación de fase que se deduce de la aplicación del procedimiento.

8. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 7 que se caracteriza porque el valor de retardo temporal utilizado para el seguimiento del ritmo de símbolo se calcula (66) utilizando un método de tipo proporcional integral.

9. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 7 u 8 que se caracteriza porque la estimación y la corrección de la fase de la señal se realizan de manera iterativa, una primera estimación absoluta de la desviación de la fase (73) llevándose a cabo sobre N símbolos de la señal, el error residual después de la corrección (74) volviéndose a estimar después de la corrección de la fase aplicada a estos N símbolos (71) para una segunda

corrección, pudiendo de este modo repetirse el proceso un número dado de veces.

10. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 9 que se caracteriza porque la desviación de fase absoluta estimada después de varias iteraciones sucesivas es la suma (72) de las estimaciones de desviación de fase obtenidas después de cada iteración.

11. Dispositivo de recepción que aplica el procedimiento de sincronización de acuerdo con una de las reivindicaciones 7 a 10, dicho dispositivo caracterizándose porque consta al menos de:

- un circuito de radiofrecuencia que permite convertir la señal en banda de base; - unos medios de tratamiento que aplican el procedimiento de sincronización de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 7 a 10;

- una zona de memoria que permite, en particular, almacenar los vectores complejos V (n) , los niveles de las muestras U (n) , las estimaciones medias de la desviación de la fase para cada uno de los M puntos de la constelación de la modulación, así como la estimación media global de la desviación de la fase en un periodo de N símbolos.