Método y aparato asociado para demodular señales digitales moduladas en amplitud en cuadratura (QAM).

Método para demodular un par de señales, es decir:

S1(t) ≥

I113 cos(wc1) t - Q113 sen(wc1) t

que se modula en amplitud en cuadratura (QAM) por los componentes (I113, Q113) de una primera fuente digital (D112) con un espectro de banda 2Df centrado sobre una portadora fc1 asociada S2(t) ≥ I123 cos(wc2) t - Q123 sen(wc2) t que se modula en amplitud en cuadratura (QAM) por los componentes (I123, Q123) de una segunda fuente digital (D122), con un espectro de banda 2Df centrado sobre una portadora fc2 asociada siendo la separación de canales de las dos señales igual a 2Df, caracterizado por que comprende la siguiente etapa

- la definición de una señal de suma (S401) para dichas señales moduladas (S1(t), S2(t)) recibida a través de la antena, que a su vez es una señal modulada en amplitud en cuadratura (QAM) centrada en una portadora suprimida de frecuencia fc ≥ (fc2 + fc1) / 2 ≥ fc1 + Df ≥ fc2 - Df; que es central con respecto al espectro de las dos señales moduladas (S1(t), S2(t));

- envío de la señal suma (S401) a un receptor de radio (500) que genera en su salida una señal suma amplificada (S501);

- envío de la señal suma amplificada (S501) a la entrada de un demodulador QAM único (600) que trabaja sobre dicha portadora central suprimida de frecuencia fc;

- demodulación de dicha señal suma sobre dicha portadora central suprimida de frecuencia fc con generación de dos componentes en cuadratura (Ic, Qc) definidos por Ic ≥ (I113 + I123) cos Dwt + (Q113 - Q123) sen Dwt ≥ (I201) Qc ≥ (Q113 + Q123) cos Dwt + (I123 - I113) sen Dwt ≥ (Q201) G) envío del primer componente (I201) producido por el demodulador QAM (600) a un primer multiplicador (M721) y multiplicarlo por un factor cosDwt, generando una primera señal producto I721 ≥ I201 cos Dwt;

H) envío de dicho primer componente (I201) a un segundo multiplicador (M722) y multiplicarlo por un factor sen Dwt, generando una segunda señal producto I722 ≥ I201 sen Dwt;

I) envío del segundo componente (Q201) producido por el demodulador QAM a un tercer multiplicador (M723) y multiplicarlo por un factor sen Dwt, generando una tercera señal producto Q723 ≥ Q201 sen Dw;

J) envío del mismo segundo componente (Q201) a un cuarto multiplicador (M724) y multiplicarlo por un factor cos Dwt, generando una cuarta señal producto Q724 ≥ Q201 cos Dw;

K) envío de dichas primera señal producto (I721) y tercera señal producto (Q723) a la entrada de un primer sumador (A731) que genera una primera señal diferencia I1113 ≥ I721 - Q723 ≥ I113 - Q123 sen 2Dwt + I123 cos 2Dwt;

L) envío de dichas segunda señal producto (I722) y cuarta señal producto (Q724) a la entrada de un segundo sumador (A722) que genera una primera señal suma Q1113 ≥ Q724 + I722 ≥ Q113 + I123 sen 2Dwt + Q123 cos 2Dwt;

M) envío de dichas primera señal producto (I721) y tercera señal producto (Q723) a la entrada de un tercer sumador (A733) que genera una segunda señal suma I1123 ≥ I721 + Q723 ≥ I123 - Q113 sen 2Dwt + I113 cos 2Dwt;

N) envío de dichas segunda señal producto (Q724) y segunda señal producto (I722) a la entrada de un cuarto sumador (A734) que genera una segunda señal diferencia Q1123 ≥ Q724 - I722 ≥ Q123 - I113 sen 2Dwt + Q113 cos 2Dwt.

Método y aparato asociado para demodular señales digitales moduladas en amplitud en cuadratura (QAM)

La presente invención se refiere a un método y aparato asociado para demodular señales transmitidas y recibidas en modulación de amplitud en cuadratura (QAM) en enlaces de reemisión de radio digital.

Es conocido en el sector técnico relativo a las reemisiones de radio digital que, para ser capaz de recibir señales transmitidas en modulación de amplitud en cuadratura de fase (QAM) , se requiere tener dispositivos de demodulación que comprendan un demodulador QAM para cada flujo de datos digital D de modulación transmitido y cada flujo modulado recibido. Dicho demodulador QAM regenera en su salida los dos componentes, I y Q del flujo D fuente original que, durante la transmisión, el modulador QAM correspondiente usó para la modulación en cuadratura de una portadora fc, que genera la señal de radio S, tal que S = I cos ωct -Q sen ωct.

De acuerdo con la técnica anterior, la recepción se realiza por medio de la demodulación en cuadratura, es decir multiplicando la señal recibida por una portadora adecuadamente reconstruida de modo que esté instantáneamente en fase con la usada durante la modulación, de modo que se obtengan dichos dos componentes transmitidos, I y Q, y se envíen a continuación a un módulo en banda base que, funcionando de una forma convencional, regenera a su salida un flujo digital D idéntico al flujo fuente transmitido.

De acuerdo con la técnica anterior, si, durante la recepción de la reemisión de radio, se reciben dos señales separadas S1 y S2 moduladas en QAM con espectros adyacentes respectivos, teniendo cada una de ellas un flujo de fuente de datos asociado, D1 o D2, se requiere usar un demodulador QAM separado para demodular cada una de las dos señales S1, S2 y reconstruir los dos flujos fuente digitales D1 y D2.

Se describen ejemplos de la técnica anterior en los documentos US/2007/030916 y US 5.638.401 describiendo este último un método y aparato para modular y transmitir una señal compuesta de dos señales QAM con un único modulador/transmisor y sugiriendo usar técnicas convencionales que requieran múltiples receptores/demoduladores, específicamente uno para cada una de dichas dos señales QAM, para separar las dos señales QAM de dicha señal transmitida en el extremo de recepción.

A la vista de la necesidad creciente de transmisiones de señales digitales, es sin embargo crecientemente requerido optimizar los sistemas de recepción/transmisión, con circuitos más simples, mayor fiabilidad y costes reducidos.

En conexión con este problema se requiere también que el sistema de recepción se debe diseñar con un pequeño número de componentes, debe ser fácil y barato de producir y montar y debe tener la capacidad de ser montado fácilmente sobre la antena de los reemisores de radio usando medios estándares normales.

Estos resultados se consiguen de acuerdo con la presente invención mediante un método de procesamiento de acuerdo con la reivindicación 1 y un aparato de demodulación de acuerdo con la reivindicación 10.

Se pueden obtener detalles adicionales a partir de la descripción a continuación de un ejemplo no limitativo de realización del objetivo de la presente invención proporcionado con referencia a los dibujos adjuntos en los que:

la Figura 1 es una representación esquemática del espectro de dos señales de radio QAM durante la recepción;

la Figura 2 es un diagrama de bloques que representa un sistema para la recepción de reemisiones de radio con

un aparato de demodulación de acuerdo con la presente invención que comprende un demodulador

QAM analógico;

la Figura 3 es un diagrama de bloques que representa un sistema para la recepción de reemisiones de radio con

un aparato de demodulación de acuerdo con la presente invención que comprende un demodulador

QAM digital;

la Figura 4 es un diagrama de bloques de un circuito de procesamiento digital de acuerdo con la presente

invención.

La Figura 1 muestra esquemáticamente el espectro de frecuencia de las señales que se reciben por el reemisor de radio; como puede verse, las dos señales S1 y S2 se modulan cada una mediante modulación de amplitud en cuadratura (QAM) y cada una de las dos señales S1, S2 ocupa una banda de trabajo igual a 2Δf centrada sobre la portadora respectiva que se modula (suprime) a una frecuencia fc1 y fc2, respectivamente. 2Δf es también la separación de canal o la distancia entre las frecuencias fc1, fc2, de las dos portadoras moduladas y por lo tanto si fc indica la frecuencia intermedia entre los dos espectros, fc1 = (fc -Δf) y fc2= (fc + Δf) .

Con referencia a la Figura 2 (receptor con demodulador QAM analógico) que también muestra brevemente sobre el analizador de espectro las salidas de los diversos bloques, una primera realización de un sistema de recepción de acuerdo con la presente invención comprende una antena 400 que recibe una señal de radio S401, que, como se ha establecido anteriormente, está compuesta de dos espectros S1, S2, cada uno de los cuales es una señal modulada en amplitud en cuadratura (QAM) de una portadora fc1, fc2 respectiva, modulada por un par de componentes I113, Q113

y I123, Q123 respectivos, relativo cada uno a un flujo digital fuente D112, D122 respectivo.

Consecuentemente, considerando S401, compuesto de la suma de dos espectros S1 y S2, como la señal global, se puede representar como sigue: 5 S401 (t) = I113 cos (ωc-Δω) t -Q113 sen (ωc-Δω) t + I123 cos (ωc-Δω) t -Q123 sen (ωc-Δω) t

donde ωc= 2πfc, Δω =2πΔf, ωc1 = 2πfc1 y ωc2 = 2πfc2.

Dicha señal S401 se puede representar también como una única señal modulada en amplitud en cuadratura (QAM) de modo que es válida la siguiente ecuación S401 = Ic cos ωct -Qc sen ωct

donde Ic, Qc representan un par de componentes que modulan en cuadratura una portadora de frecuencia suprimida fc, que es central con respecto a la banda global transmitida.

Para que las dos ecuaciones sean igualmente válidas, es necesario que Ic = (I113 + I123) cos Δωt + (Q113 -Q123) sen Δωt

Qc = (Q113 + Q123) cos Δωt + (I123 -I113) sen Δωt

Dicha señal S401 de suma modulada, que por lo tanto contiene los datos relativos a los dos flujos digitales fuente de la modulación, D112 y D122, se envía a la entrada de un receptor de radio convencional 500 que genera en su salida una señal S501. Dicha señal S501 se envía a su vez a la entrada de un demodulador QAM 600 que está centrado en la frecuencia fc; por lo tanto, dicho demodulador opera como si la señal recibida se obtuviera mediante la modulación de una portadora (suprimida) con una frecuencia fc, que genera en su salida dos componentes en cuadratura Ic y Qc.

Dichos dos componentes se convierten a formato digital mediante un convertidor A/D respectivo, 620 y 630, que genera a su salida un componente digital, I201 y Q201, respectivamente, que tiene los contenidos del espectro de Ic y Qc, respectivamente, además con la respuesta debida a la digitalización.

En relación a lo descrito anteriormente, las dos señales I201 y Q201 se pueden representar como sigue: 35 I201 = (I113 + I123) cos Δωt + (Q113 -Q123) sen Δωt

Q201 = (Q113 + Q123) cos Δωt + (I123 -I113) sen Δωt

en donde cada par digital I113/Q113 y I123/Q123 representa los componentes de un flujo fuente digital D112 y D122 respectivo que durante la transmisión ha modulado la portadora respectiva fc1 y fc2.

El par de componentes digitales, I201, Q201, se envía a la entrada de un circuito de procesamiento 700 de acuerdo con la invención que, como se muestra en la Fig. 4, comprende un módulo multiplicador 720, que comprende cuatro 45 multiplicadores M721, M722, M723, M724, y un módulo sumador 730, que comprende cuatro sumadores A731, A732, A733, A734, conectados en cascada al módulo multiplicador.

Con mayor detalle:

-La señal I201 se envía a la entrada del primer multiplicador M721 y se multiplica por un factor cos Δωt, generando una señal I721 = I201 cos Δωt; -la misma señal I201 se envía a la entrada del segundo multiplicador M722 y se multiplica por un factor sen Δωt, generando una señal I722 = I201 sen Δωt; -la señal Q201 se envía a la entrada del tercer multiplicador M723 y se multiplica por un factor sen Δωt, generando 55 una señal Q723 = Q201 sen Δωt; -la señal Q201... [Seguir leyendo]

1. Método para demodular un par de señales, es decir:

S1 (t) = I113 cos (ωc1) t -Q113 sen (ωc1) t

que se modula en amplitud en cuadratura (QAM) por los componentes (I113, Q113) de una primera fuente digital (D112) con un espectro de banda 2Δf centrado sobre una portadora fc1 asociada S2 (t) = I123 cos (ωc2) t -Q123 sen (ωc2) t

que se modula en amplitud en cuadratura (QAM) por los componentes (I123, Q123) de una segunda fuente digital (D122) , con un espectro de banda 2Δf centrado sobre una portadora fc2 asociada siendo la separación de canales de las dos señales igual a 2Δf,

caracterizado por que comprende la siguiente etapa

-la definición de una señal de suma (S401) para dichas señales moduladas (S1 (t) , S2 (t) ) recibida a través de la antena, que a su vez es una señal modulada en amplitud en cuadratura (QAM) centrada en una portadora suprimida de frecuencia

fc = (fc2 +fc1) /2 = fc1 + Δf= fc2 -Δf;

que es central con respecto al espectro de las dos señales moduladas (S1 (t) , S2 (t) ) ; -envío de la señal suma (S401) a un receptor de radio (500) que genera en su salida una señal suma amplificada

(S501) ; -envío de la señal suma amplificada (S501) a la entrada de un demodulador QAM único (600) que trabaja sobre dicha portadora central suprimida de frecuencia fc; -demodulación de dicha señal suma sobre dicha portadora central suprimida de frecuencia fc con generación de dos componentes en cuadratura (Ic, Qc) definidos por

Ic = (I113 + I123) cos Δωt + (Q113 -Q123) sen Δωt = (I201)

Qc = (Q113 + Q123) cos Δωt + (I123 -I113) sen Δωt = (Q201)

G) envío del primer componente (I201) producido por el demodulador QAM (600) a un primer multiplicador (M721) y multiplicarlo por un factor cosΔωt, generando una primera señal producto I721 = I201 cos Δωt; H) envío de dicho primer componente (I201) a un segundo multiplicador (M722) y multiplicarlo por un factor sen Δωt, generando una segunda señal producto I722 = I201 sen Δωt; I) envío del segundo componente (Q201) producido por el demodulador QAM a un tercer multiplicador (M723) y

multiplicarlo por un factor sen Δωt, generando una tercera señal producto Q723 = Q201 sen Δω; J) envío del mismo segundo componente (Q201) a un cuarto multiplicador (M724) y multiplicarlo por un factor cos Δωt, generando una cuarta señal producto Q724 = Q201 cos Δω; K) envío de dichas primera señal producto (I721) y tercera señal producto (Q723) a la entrada de un primer sumador (A731) que genera una primera señal diferencia 45 I1113 = I721 -Q723 = I113 -Q123 sen 2Δωt + I123 cos 2Δωt;

L) envío de dichas segunda señal producto (I722) y cuarta señal producto (Q724) a la entrada de un segundo sumador (A722) que genera una primera señal suma 50 Q1113 = Q724 + I722 = Q113 + I123 sen 2Δωt + Q123 cos 2Δωt;

M) envío de dichas primera señal producto (I721) y tercera señal producto (Q723) a la entrada de un tercer sumador (A733) que genera una segunda señal suma 55 I1123 = I721 + Q723 = I123 -Q113 sen 2Δωt + I113 cos 2Δωt;

N) envío de dichas segunda señal producto (Q724) y segunda señal producto (I722) a la entrada de un cuarto sumador (A734) que genera una segunda señal diferencia 60 Q1123 = Q724 -I722 = Q123 -I113 sen 2Δωt + Q113 cos 2Δωt.

2. Método según la reivindicación 1, caracterizado por que los dos pares de señales procesadas 65 I1113 = I113 -Q123 sen 2Δωt + I123 cos 2Δωt;

Q1113 = Q113 + I123 sen 2Δωt + Q123 cos 2Δωt; y

I1123 = I123 + Q113 sen 2Δωt + I113 cos 2Δωt;

Q1123 = Q123 -I113 sen 2Δωt + Q113 cos 2Δωt.

se filtran por medio de un filtro paso bajo respectivo (F1, F2, F3, F4) que genera dos pares respectivos de señales 10 en banda base (I113/Q113, I123/Q123) .

3. Método según la reivindicación 2, caracterizado por que los dos pares de señales en banda base (I113/Q113, I123, Q123) se recombinan y serializan de modo que se reconstruyen los flujos digitales fuente (D112, D112) transmitidos a través de la reemisión de radio.

4. Método según la reivindicación 1, caracterizado por que la demodulación QAM es digital.

5. Método según la reivindicación 4 caracterizado por que la señal suma modulada amplificada (S501) recibida se

convierte (A/D) en digital antes de ser enviada a la entrada del demodulador QAM. 20

6. Método según la reivindicación 1, caracterizado por que la demodulación QAM es analógica.

7. Método según la reivindicación 6, caracterizado por que el par de señales producidas por el demodulador QAM

se convierten en un par (A/D) de señales digitales. 25

8. Aparato para la demodulación de un par de señales, es decir S1 (t) = I113 cos (ωc1) t -Q113 sen (ωc1) t

que se modula en amplitud en cuadratura (QAM) por los componentes (I113, Q113) de una primera fuente digital (D112) con un espectro de banda 2Δf centrado sobre una portadora fc1 asociada S2 (t) = I123 cos (ωc2) t -Q123 sen (ωc2) t

que se modula en amplitud en cuadratura (QAM) por los componentes (I123, Q123) de una segunda fuente digital (D122) , con un espectro de banda 2Δf centrado sobre una portadora fc2 asociada siendo la separación de canales de las dos señales igual a 2Δf, caracterizado por que comprende:

-un único demodulador QAM (600; 1600) centrado en una portadora suprimida de frecuencia fc = (fc2 +fc1) /2 = fc1 + Δf= fc2 -Δf;

que es central con respecto a una señal suma de las dichas señales moduladas (S1 (t) , S2 (t) ) y que es a su vez

una señal modulada en amplitud en cuadratura (QAM) ; trabajando dicho demodulador (600) sobre dicha portadora central suprimida de frecuencia fc para generar a su salida un primer componente I201 = (I113 + I123) cos Δωt + (Q113 -Q123) sen Δωt 50 y un segundo componente Q201 = (Q113 + Q123) cos Δωt + (I123 -I113) sen Δωt

en la que I113/Q113 y I123/Q123 son dos pares de componentes en banda base del par del flujos digitales fuente (D112, D122) transmitidos a través de la reemisión de radio, y -un circuito de procesamiento (700) que comprende:

al menos un módulo multiplicador (720) , a la entrada del cual se envían el par de componentes (I201/Q201)

producidos por el demodulador QAM (600;1600) , y al menos un módulo sumador (730) en cascada con el dicho módulo multiplicador (720) , comprendiendo dicho al menos un módulo multiplicador (720) cuatro multiplicadores (M721, M722, M723, M724) , dicho al menos un módulo sumador (730) comprende cuatro sumadores (A731, A732, A733, A734) , y por que:

. el primer multiplicador (M721) multiplica el primer componente de la señal de entrada (I201) por un factor cos Δωt, generando una señal I721 = I201 cos Δωt; . el segundo multiplicador (M722) multiplica el primer componente de la señal de entrada (I201) por un factor sen Δωt, generando una señal I722 = I201 sen Δωt;

. el tercer multiplicador (M723) multiplica el segundo componente de la señal de entrada (Q201) por un factor sen Δωt, generando una señal Q723 = Q201 sen Δωt; . el cuarto multiplicador (M724) multiplica el segundo componente de la señal de entrada (Q201) por un factor cos Δωt, generando una señal Q724 = Q201 cos Δωt; . el primer sumador (A731) recibe en su entrada la señal (I721) producida por el primer multiplicador (M721) y

la señal (Q723) producida por el tercer multiplicador (M723) y calcula su diferencia, generando en su salida una señal

I1113 = I113 -Q123 sen 2Δωt + I123 cos 2Δωt

. el segundo sumador (A732) recibe en su entrada la señal (I722) producida por el segundo multiplicador (M722) y la señal (Q724) producida por el cuarto multiplicador (M724) y calcula su suma, generando en su salida una señal

Q1113 = Q113 + I123 sen 2Δωt + Q123 cos 2Δωt

. el tercer sumador (A733) recibe en su entrada la señal (I721) producida por el primer multiplicador (M721) y la señal (Q723) producida por el tercer multiplicador (M723) y calcula su suma, generando en su salida una señal

I1123 = I123 + Q113 sen 2Δωt + I113 cos 2Δωt

. el cuarto sumador (A734) recibe en su entrada la señal (I722) producida por el segundo multiplicador (M722) y la señal (Q724) producida por el cuarto multiplicador (M724) y calcula su diferencia, generando en su salida una señal

Q1123 = Q123 -I113 sen 2Δωt + Q113 cos 2Δωt

siendo generados los dos pares de componentes de la señal en la salida de dicho circuito de procesamiento (700) , concretamente 35 I1113 = I113 -Q123 sen 2Δωt + I123 cos 2Δωt;

Q1113 = Q113 + I123 sen 2Δωt + Q123 cos 2Δωt; y 40 I1123 = I123 + Q113 sen 2Δωt + I113 cos 2Δωt;

Q1123 = Q123 -I113 sen 2Δωt + Q113 cos 2Δωt.

que contienen toda la información del par de flujos fuente (D112, D122) transmitidos en la modulación.

9. Aparato según la reivindicación 8, caracterizado por que los factores de multiplicación, cos Δωt y sen Δωt, están contenidos en una memoria estática respectiva (728, 729) del mismo módulo de procesamiento (720) .

10. Aparato según la reivindicación 8, caracterizado por que los factores de multiplicación, cos Δωt y sen Δωt, son respectivamente las muestras de un coseno y un seno de pulsación Δω.

11. Aparato según la reivindicación 8, caracterizado por que las dichas cuatro señales producto (I721, I722, Q723,

Q724) , producidas por los multiplicadores (M721, M722, M723, M724) respectivos, se envían en pares a los cuatro 55 sumadores (A731, A732, A733, A734) del módulo sumador (730) .

12. Aparato según la reivindicación 8, caracterizado por que comprende un filtro paso bajo (F1, F2, F3, F4) para cada componente de la señal (I1113, Q1113, I1123, Q1123) producida por el circuito de procesamiento, capaz de seleccionar un componente de la señal (I113/Q113, I123/Q123) en la banda base respectiva.

13. Aparato según la reivindicación 12, caracterizado por que comprende un circuito en banda base (921, 922) para cada par de señales en banda base, capaz de recombinar y serializar las señales de entrada de modo que se reconstruyan los flujos digitales fuente (D112, D122) transmitidos a través de la reemisión de radio.

14. Aparato según la reivindicación 8, caracterizado por que dicho demodulador QAM (600) es analógico.

15. Aparato según la reivindicación 14, caracterizado por que comprende un par de convertidores A/D (620, 630) dispuestos aguas abajo del demodulador QAM (600) , recibiendo cada demodulador en su entrada un componente asociado de la señal (I601, Q601) producida por el propio demodulador (600) .

16. Aparato según la reivindicación 8, caracterizado por que dicho demodulador QAM (1600) es digital.

17. Aparato según la reivindicación 8, caracterizado por que comprende un convertidor A/D (1620) dispuesto aguas

arriba del demodulador (1600) . 10