Estimación del error de frecuencia inmune a los clicks de FM.

Un aparato para estimar el error de frecuencia sobre una señal recibida de FM modulada en frecuencia que es inmune a los clicks de FM,

que comprende:

un receptor (104) para recibir la señal (302) modulada en frecuencia ; y

un procesador que opera sobre muestras a una tasa de muestreo del procesador para demodular la señal (302) recibida y estimar el error de frecuencia, en el que el procesador está configurado para determinar variaciones de fase de la señal de FM recibida comparando una fase de una primera muestra de señal con una fase de una segunda muestra de señal para estimar el error de frecuencia, caracterizado porque la primera muestra de señal y la segunda muestra de señal están separadas en el tiempo por más de una muestra, de forma que la estimación del error de frecuencia es inmune a los clicks de FM.

Estimación del error de frecuencia inmune a los clicks de FM

Antecedentes La presente divulgación se refiere, en general, a sistemas de comunicaciones y, más concretamente, a la estimación del error de frecuencia sobre una señal recibida inmune a los clicks de FM.

Un problema que afecta a casi todos los sistemas de radio de modulación de frecuencia (FM) y de modulación por desplazamiento de frecuencia (FSK) son los “cliks” y “pops” que se producen a niveles de baja señal, como por ejemplo cuando la relación señal de canal / ruido (SNR) alcanza los 10 dB o menos. Los “clicks” y los “pops” se consideran en general como episodios de ruido que potencian el ruido aditivo generado por el proceso de demodulación. En relaciones señal a ruido de entrada bajas, los incrementos del ruido resultantes pueden llegar a ser la fuente de ruido dominante.

La demodulación de frecuencia normalmente se lleva a cabo mediante la comparación de la fase de una señal en un momento de tiempo con la fase de la señal en un momento adyacente. La frecuencia de una señal es el cambio de fase dividido por el cambio en el tiempo. La modulación sobre la señal empujará la fase de alante atrás. Mediante la detección de estos cambios, la FM es demodulada. La señal de FM puede en general ser representada como un vector de amplitud constante que oscila de arriba abajo. El ruido empuja el vector de la señal a tirones, pero el emplazamiento medio del vector permanece siendo el mismo, de forma que el filtrado de postdemodulación puede eliminar la mayoría de los efectos del ruido. Sin embargo, cuando la señal se hace débil, por ejemplo en una SNR de alrededor de 10 dB, existe la posibilidad de que el ruido aparezca como si el vector adoptara un giro de 360 grados alrededor del origen, lo que no es el caso. Esta rotación de 2-π provoca un impulso en la forma de onda de salida demodulada, que generalmente adopta la forma de un impulso amplio que presenta un contenido de frecuencia que se extiende a través de un ancho de banda amplio que incluye la CC. El filtrado de la señal simplemente difunde el impulso sobre múltiples muestras. En índices de modulación típicos de relaciones de datos de banda estrecha, la fase real nunca se desplaza mucho más de 45 grados en el tiempo de 1 bit. De forma que mientras el filtrado postdetección promedia un ruido de FM regular, el ruido “click” o “pop” no se beneficia de ningún volumen de filtrado. Es habitual que el rendimiento del módem FSK sea sorprendentemente insuficiente, incluso si la SNR de postdeposición es bastante satisfactoria, debido a que la SNR de predetección se sitúa por debajo de los 10 dB, lo que se traduce en la presencia de los “clicks”.

Por ejemplo, en un módem de altas prestaciones para canales de UHF de banda estrecha, con tasas de transmisión de bits bajas, el error de frecuencia con respecto a la tasa de símbolos es considerable. A 4800 bits por segundo en una radio de 512 megahercios (MHz) con un error de frecuencia neto de 1 ppm entre la transmisión y la recepción, la fase se desplazará aproximadamente 38 grados por bit debido únicamente al error de frecuencia. Es preciso contar con este error. Un método consiste en estimar el error de frecuencia con un delimitador -discriminador convencional seguido por un filtro para promediar la forma de onda a lo largo de unos periodos de bit de unas pocas docenas. Sin embargo, los clicks provocarán un error en la estimación de la frecuencia si se intenta operar por debajo de una SNR de 10 dB. Dado que determinados dispositivos inalámbricos con una corrección de errores hacia delante optimizada, son capaces de funcionar con una SNR de canal por debajo de 0 dB, sería ventajoso impedir que la técnica de estimación de frecuencia limitara la sensibilidad.

Otro enfoque para reducir al mínimo los clicks de FM conlleva un bucle de enganche en fase (PLL) para demodular la señal. Adaptando el ancho de banda del bucle, se puede conseguir que el bucle tenga justamente la anchura precisa para demodular la señal, pero no la suficiente para seguir el cambio de fase de 2-π producido por un click. Esto generalmente se designa como “extensión de umbral” porque permite una demodulación por debajo del umbral de FM usual, alrededor de una SNR de 10 dB.

Sin embargo, un demodulador de bucle de enganche en fase contribuye a aumentar la complejidad de los sistemas de los receptores de radio que no es habitual en sistemas electrónicos comerciales y de consumo.

La Patente estadounidense No. 5982821 describe un aparato y un procedimiento para la discriminación de frecuencia digital que solo requiere una muestra por símbolo de datos. La diferencia entre el error de fase de portadora sobre los símbolos de datos sucesivos se determina y se utiliza como una aproximación a la derivada del error de fase, que es el error de frecuencia entre la portadora y el oscilador local del receptor. Esto permite que la tasa máxima de símbolos procesada por el receptor sea igual a la tasa de reloj máxima de la técnica digital, si así lo desea el usuario, mientras que en el caso de discriminadores de frecuencia digitales convencionales, la tasa de símbolos máxima está limitada a la mitad o a un cuarto de la tasa de reloj máxima para una técnica digital determinada. Un aparato y un procedimiento de umbral permite que el discriminador ignore los desplazamientos de fase que son debidos a modulación de datos, y la utilización solo de desplazamientos de fase que sean debidos a errores de frecuencia de portadora. De esta manera, cuando son idénticos los símbolos de datos sucesivos, la información de los errores de frecuencia se puede obtener mediante la recuperación de la portadora. Cuando los símbolos de datos sucesivos son diferentes, no se efectúa ninguna actualización en la recuperación de la portadora. Esto permite que un bucle de recuperación de portadora opere a una tasa de una muestra por símbolo de datos.

Por consiguiente, sería deseable proporcionar un sistema que diera respuesta a al menos algunos de los problemas identificados.

Breve descripción de las formas de realización Según lo descrito en la presente memoria, las formas de realización ejemplares resuelven uno o más de los inconvenientes anteriores u otros conocidos en la técnica.

La invención se refiere a un aparato para estimar el error de frecuencia sobre una señal modulada en frecuencia (FM) recibida inmune a los clicks de FM de acuerdo con la reivindicación 1.

La invención se refiere también a un procedimiento para estimar el error de frecuencia sobre una señal modulada en frecuencia (FM) recibida inmune a los clicks de FM de acuerdo con la reivindicación 6.

Estos y otros aspectos y ventajas de las formas de realización ejemplares se pondrán de manifiesto a partir de la descripción detallada subsecuente tomada en combinación con los dibujos que se acompañan. Se debe entender, sin embargo, que los dibujos están solo concebidos con fines de ilustración y no como una definición de los límites de la invención, para los cuales debe hacerse referencia a las reivindicaciones adjuntas. Así mismo, los dibujos no están necesariamente trazados a escala y, a menos que se indique lo contrario, pretenden simplemente ilustrar de forma conceptual las estructuras y procedimientos descritos en la presente memoria. Así mismo, pueden ser utilizados cualesquiera tamaños, formas o tipos de elementos o materiales.

Breve descripción de los dibujos En los dibujos:

La Fig. 1 es un esquema de un sistema ejemplar que incorpora aspectos de las formas de realización divulgadas.

La Fig. 2 es un diagrama de bloques de un sistema de demodulación de FM de la técnica anterior.

La Fig. 3 es un diagrama de bloques esquemático de un sistema de demodulación de FM ejemplar que incorpora aspectos de las formas de realización divulgadas.

La Fig. 4 ilustra una comparación de señales demoduladas derivada de un procedimiento de demodulación convencional y de un procedimiento de demodulación que incorpora aspectos de las formas de realización divulgadas.

La Fig. 5 ilustra una comparación de señales demoduladas derivadas de un procedimiento de demodulación convencional y de un procedimiento de demodulación que incorpora aspectos de las formas de realización divulgadas.

La Fig. 6 es un gráfico que ilustra el ángulo desenvuelto de la señal de RF recibida que produce las formas de onda mostradas en la Fig. 5.

Descripción detallada de las formas de realización ejemplares Con referencia a la Fig. 1, un sistema de comunicación que incorpora aspectos de las formas de realización divulgadas, es... [Seguir leyendo]

1. Un aparato para estimar el error de frecuencia sobre una señal recibida de FM modulada en frecuencia que es inmune a los clicks de FM, que comprende:

un receptor (104) para recibir la señal (302) modulada en frecuencia ; y

un procesador que opera sobre muestras a una tasa de muestreo del procesador para demodular la señal

(302) recibida y estimar el error de frecuencia, en el que el procesador está configurado para determinar variaciones de fase de la señal de FM recibida comparando una fase de una primera muestra de señal con una fase de una segunda muestra de señal para estimar el error de frecuencia, caracterizado porque la primera muestra de señal y la segunda muestra de señal están separadas en el tiempo por más de una muestra, de forma que la estimación del error de frecuencia es inmune a los clicks de FM.

2. El aparato de la reivindicación 1, en el que la primera muestra de señal y la segunda muestra de señal no son adyacentes entre sí.

3. El aparato de la reivindicación 1 o de la reivindicación 2, en el que la separación de tiempo entre la primera muestra de señal y la segunda muestra de señal es inferior a la tasa de Nyquist de la señal recibida.

4. El aparato de cualquier reivindicación precedente, en el que la separación de tiempo entre la primera muestra de señal y la segunda muestra de señal no excede de un periodo correspondiente a un error de frecuencia máxima del receptor (104) .

5. El aparato de cualquier reivindicación precedente, en el que el aparato es un sistema de radio de modulación de frecuencia, FM, o de modulación por desplazamiento de frecuencia, FSK.

6. Un procedimiento de estimación del error de frecuencia sobre una señal recibida de FM modulada en frecuencia que es inmune a clicks de FM, que comprende:

la recepción de la señal modulada en frecuencia en un sistema receptor (300) ;

la demodulación de la señal (302) recibida y la estimación del error de frecuencia en un procesador que opera sobre muestras a una tasa de muestreo del procesador, en el que una fase de una primera muestra de señal es comparada con una fase de una segunda muestra de señal para determinar un error de fase para estimar el error de frecuencia;

caracterizado porque la primera muestra de señal y la segunda muestra de señal están separadas en el tiempo por más de una muestra, de manera que la estimación del error (325) de frecuencia sobre la señal

(302) recibida es inmune a clicks de FM.

7. El procedimiento de la reivindicación 6, que comprende, además, que la primera muestra de señal y la segunda muestra de señal no son adyacentes entre sí.

8. El procedimiento de la reivindicación 6 o de la reivindicación 7, en el que la separación de tiempo entre la primera muestra de señal y la segunda muestra de señal es inferior a una tasa de Nyquist de la señal (302) recibida.

9. El procedimiento de cualquiera de las reivindicaciones 6 a 8, en el que la separación de tiempo entre la primera muestra de señal y la segunda muestra de señal no sobrepasa un periodo correspondiente a un error de frecuencia máxima del receptor (300) .

10. El procedimiento de cualquiera de las reivindicaciones 6 a 9, en el que el sistema receptor es un sistema de radio de modulación en frecuencia (FM) o de modulación por desplazamiento de frecuencia (FSK) .