Método y aparato para la compensación de ruido de fase en receptores digitales.

Un procedimiento para la compensación del ruido en una señal recibida,

que comprende las etapas de: recibir una señal recibida en un desmodulador, estando compuesta la señal recibida por una suma de una señal transmitida y una señal de perturbación;

sumar la señal recibida y una señal de compensación para producir una señal de desmodulación;

determinar un símbolo transmitido en función de la señal de desmodulación;

determinar una señal de error calculando una diferencia entre la señal de desmodulación y el símbolo transmitido determinado, caracterizado por la etapa de:

determinar la señal de compensación a partir de la señal de error, usando un proceso de control de supresión de perturbación basado en un modelo, en el que la señal de perturbación comprende ruido de fase y en el que la determinación de la señal de compensación comprende modelar la señal de perturbación con un modelo de perturbación l que tiene la ecuación:

donde w1, w2 y w comprenden procesos de ruido Gaussiano y z denota la variable de la transformada Z.

Procedimiento y aparato para la compensaciïn de ruido de fase en receptores digitales Campo tïcnico La presente invenciïn se refiere en general a la desmodulaciïn en receptores digitales y, mïs particularmente, pero no a modo de limitaciïn, a receptores en los que se usa desmodulaciïn dirigida por decisiïn.

Antecedentes En las comunicaciones digitales en general, y en las comunicaciones inalïmbricas en particular, los datos transmitidos se ven perturbados por una serie de diferentes imperfecciones. Por ejemplo, cuando la seïal se transmite sobre un canal, podrïa verse interferida por otras seïales, o podrïa verse distorsionada porque el canal de transmisiïn es dispersivo en el tiempo. Ademïs, la seïal serï atenuada habitualmente de manera significativa por el canal de transiciïn. Ademïs de las perturbaciones provocadas por el canal, el transmisor y el receptor tambiïn distorsionarïn la seïal transmitida. Las principales situaciones no ideales en los transmisores son producidas por el ruido de fase y la no linealidad en el amplificador de potencia del transmisor. En cuanto al receptor, las principales imperfecciones a considerar son las no linealidades en la interfaz de usuario del receptor y el ruido de fase. El ruido de fase, tanto en el transmisor como en el receptor, es producido principalmente por la arritmia en el sintetizador de frecuencia de la seïal portadora.

Para limitar el efecto de las no linealidades en el transmisor asï como en el receptor, es ventajoso usar seïales con envolventes constantes. Este es el caso, por ejemplo, en GSM y en Bluetooth; vïase por ejemplo, el artïculo de J. C. Haartsen, “The Bluetooth radio system” [“El sistema de radio Bluetooth”], IEEE Personal Communications, vol. 7, Nï 1, febrero de 2000. En seïales de amplitud constante no se transmite ninguna informaciïn en la amplitud, y toda la informaciïn estï en la fase de la seïal transmitida. Por tanto, un impedimento importante en los sistemas que usan este tipo de modulaciïn es el ruido de fase mencionado anteriormente. Puesto que el ruido de fase se genera tanto en el transmisor como en el receptor, su efecto negativo no puede eliminarse meramente haciendo que la seïal recibida sea mïs intensa. A menudo, los problemas con el ruido de fase se contrarrestan diseïando el sistema de modo que el efecto del ruido de fase sea insignificante. Esto puede conseguirse, por ejemplo, mediante el uso de una potente codificaciïn correctora de errores. En muchos casos, el cïdigo corrector de errores es necesario de todos modos y no supondrïn un problema los efectos del ruido de fase.

Sin embargo, existen situaciones en las que es deseable no usar codificaciïn correctora de errores. Un ejemplo de este tipo es Bluetooth, en el que se usa la transmisiïn no codificada para conseguir el mïximo rendimiento. De hecho, para sistemas que operan en la banda ISM sin licencia a 2, 4 GHz, habitualmente la codificaciïn correctora de errores no es muy eficaz. En su lugar, a menudo es preferible usar sïlo codificaciïn detectora de errores, puesto que la codificaciïn correctora de errores no es eficaz si las condiciones de canal cambian de manera considerable durante la transmisiïn. Es decir, o bien el canal es tan bueno que no es necesaria la codificaciïn correctora de errores, o bien el canal es tan malo que el cïdigo corrector de errores sencillamente no es lo suficientemente potente como para corregir los errores presentes en la seïal transmitida. Estos dos casos corresponden normalmente a una situaciïn en la que estï ausente y presente, respectivamente, una seïal interferente.

El artïculo de MUTSUMU SERIZAWA ET AL: “PHASE-TRACKING VITERBI DEMODULATOR” [“Desmodulador de Viterbi rastreador de fase”], ELECTRONICS & COMMUNICATIONS IN JAPAN, PART 1-COMMUNICATIONS, WILEY, HOBOKEN, NJ, EE UU, vol. 79, n.ï 1, enero de 1996 (1996-01) , pïginas 82 a 96, da a conocer un sistema de recepciïn de estimaciïn de secuencia de mïxima probabilidad en el que se decide la secuencia de seïal transmitida por la mïxima probabilidad, usando un algoritmo de Viterbi a partir de la seïal modulada, tal como la seïal con codificaciïn de convoluciïn modulada en fase. Mutsumu propone un bucle de bloqueo de fase que se prevï de manera correspondiente a cada trayecto de supervivencia en el algoritmo de Viterbi usado en la estimaciïn de la estimaciïn de secuencia de mïxima probabilidad. El bucle de bloqueo de fase se selecciona en paralelo a la selecciïn del trayecto de supervivencia. Dicho de otro modo, la sincronizaciïn de fase y la estimaciïn de secuencia (de mïxima probabilidad) se consiguen simultïneamente.

Como en muchas situaciones no es deseable usar codificaciïn correctora de errores simplemente para tratar el ruido de fase, serïa deseable poder usar una transmisiïn no codificada que aun asï no se viera demasiado afectada por el ruido de fase. Una manera sencilla de conseguir este resultado es usar desmodulaciïn diferencial, en la que el receptor diferenciarï en primer lugar la seïal antes de extraer la informaciïn. Como normalmente el ruido de fase es un proceso relativamente lento porque su ancho de banda es significativamente menor que la velocidad de sïmbolos, tal diferenciaciïn reduce significativamente los efectos negativos del ruido de fase. Sin embargo, se conoce bien que un receptor diferencial no coherente tiene problemas relacionados con la sensibilidad en comparaciïn con uno coherente, y una desventaja aïn mayor de un receptor diferencial no coherente es que es mucho mïs sensible a las imperfecciones de canal tales como la dispersiïn en el tiempo. Por tanto, existe un tïrmino medio entre la capacidad de tratar el ruido de fase y la capacidad de tratar los efectos de dispersiïn en el tiempo. Especïficamente, se puede elegir usar un receptor no coherente para contrarrestar el ruido de fase o se puede elegir un receptor coherente para obtener un buen rendimiento en canales dispersivos en el tiempo. Por consiguiente, si debe contrarrestarse el ruido de fase, entonces el rendimiento en los canales dispersivos en el tiempo serï malo.

Segïn al menos una realizaciïn de la presente invenciïn, se proporcionan un procedimiento y un aparato en los que se evita el tïrmino medio mencionado anteriormente. Al menos otra realizaciïn de la presente invenciïn prevï el uso de un receptor coherente, o un receptor casi coherente, en el que el efecto del ruido de fase no tenga un efecto devastador sobre el rendimiento.

Breve sumario de la invenciïn En la presente descripciïn, se describen procedimientos y aparatos segïn las reivindicaciones 1-4 para la compensaciïn del ruido de fase. El procedimiento funciona de manera dirigida por decisiïn y preferiblemente se usa junto con un desmodulador semicoherente. Aprovechando el hecho de que el ruido de fase y el ruido tïrmico en el receptor tienen caracterïsticas diferentes, puede estimarse el ruido de fase y compensarse en cierta medida. Se da a conocer un procedimiento para la compensaciïn de ruido en una seïal recibida, que incluye las etapas de recibir una seïal recibida en un desmodulador, estando constituida la seïal recibida por una suma de una seïal transmitida y una seïal de perturbaciïn; sumar la seïal recibida y una seïal de compensaciïn para producir una seïal de desmodulaciïn; y determinar un sïmbolo transmitido basïndose en la seïal de desmodulaciïn. El procedimiento incluye ademïs determinar una seïal de error calculando una diferencia entre la seïal de desmodulaciïn y el sïmbolo transmitido determinado, y determinar la seïal de compensaciïn a partir de la seïal de error usando un proceso de control de supresiïn de perturbaciïn basado en un modelo, para reducir la influencia de la seïal de perturbaciïn sobre la seïal recibida.

Un desmodulador incluye un receptor adaptado para recibir una seïal recibida, estando constituida la seïal recibida por una suma de una seïal transmitida y una seïal de perturbaciïn; un sumador adaptado para sumar la seïal recibida y una seïal de compensaciïn para producir una seïal de desmodulaciïn; y una unidad de decisiïn adaptada para determinar un sïmbolo transmitido basïndose en la seïal de desmodulaciïn. El desmodulador incluye ademïs un restador adaptado para determinar una seïal de error calculando una diferencia entre la seïal de desmodulaciïn y el sïmbolo transmitido determinado; y una unidad de compensaciïn adaptada para determinar la seïal de compensaciïn a partir de la seïal de error, usando un proceso de control de supresiïn de perturbaciïn basado en un modelo, para reducir la influencia de la seïal de perturbaciïn sobre la seïal recibida.

Breve descripciïn de los dibujos Puede obtenerse una comprensiïn mïs completa... [Seguir leyendo]

1. Un procedimiento para la compensaciïn del ruido en una seïal recibida, que comprende las etapas de:

5 recibir una seïal recibida en un desmodulador, estando compuesta la seïal recibida por una suma de una

seïal transmitida y una seïal de perturbaciïn;

sumar la seïal recibida y una seïal de compensaciïn para producir una seïal de desmodulaciïn;

determinar un sïmbolo transmitido en funciïn de la seïal de desmodulaciïn;

determinar una seïal de error calculando una diferencia entre la seïal de desmodulaciïn y el sïmbolo

10 transmitido determinado, caracterizado por la etapa de:

determinar la seïal de compensaciïn a partir de la seïal de error, usando un proceso de control de

supresiïn de perturbaciïn basado en un modelo, en el que la seïal de perturbaciïn comprende ruido de

fase y en el que la determinaciïn de la seïal de compensaciïn comprende modelar la seïal de

perturbaciïn con un modelo de perturbaciïn l que tiene la ecuaciïn:

15

donde w1, w2 y w comprenden procesos de ruido Gaussiano y z denota la variable de la transformada Z.

2. Un procedimiento para la compensaciïn del ruido en una seïal recibida, que comprende las etapas de:

20

recibir una seïal recibida en un desmodulador, estando compuesta la seïal recibida por una suma de una

seïal transmitida y una seïal de perturbaciïn,

sumar la seïal recibida y una seïal de compensaciïn para producir una seïal de desmodulaciïn;

determinar un sïmbolo transmitido en funciïn de la seïal de desmodulaciïn;

25 determinar una seïal de error calculando una diferencia entre la seïal de desmodulaciïn y el sïmbolo

transmitido determinado, caracterizado por la etapa de:

determinar la seïal de compensaciïn a partir de la seïal de error, usando un proceso de control de

supresiïn de perturbaciïn basado en un modelo, en el que la seïal de perturbaciïn comprende ruido de

fase,

30 y en el que la determinaciïn de la seïal de compensaciïn se genera modelando la seïal de perturbaciïn

con un modelo de perturbaciïn l que tiene la ecuaciïn:

35 donde z denota la variable de la transformada Z y w1, w2 y w3 comprenden entradas de ruido blanco en un

modelo de subsistema de generaciïn de ruido de fase de la seïal de perturbaciïn que tiene una funciïn de

transferencia Hn (z) [[.]].

3. Un desmodulador (10) , que comprende:

40

un receptor adaptado para recibir una seïal recibida, estando compuesta la seïal recibida por una suma de

una seïal transmitida y una seïal de perturbaciïn;

un sumador adaptado para sumar la seïal recibida y una seïal de compensaciïn, para producir una seïal

de desmodulaciïn;

45 una unidad de decisiïn (15) adaptada para determinar un sïmbolo transmitido basïndose en la seïal de

desmodulaciïn;

un restador adaptado para determinar una seïal de error calculando una diferencia entre la seïal de

desmodulaciïn y el sïmbolo transmitido determinado; estando caracterizado el desmodulador (10) por:

una unidad de compensaciïn (20) adaptada para determinar la seïal de compensaciïn a partir de la seïal

50 de error, usando un proceso de control de supresiïn de perturbaciïn basado en un modelo, en el que la

seïal de perturbaciïn comprende ruido de fase y en el que la determinaciïn de la seïal de compensaciïn

comprende modelar la seïal de perturbaciïn con un modelo de perturbaciïn l que tiene la ecuaciïn:

donde w1, w2 y w comprenden procesos de ruido Gaussiano y z denota la variable de la transformada Z.

5 4. Un desmodulador (10) , que comprende:

un receptor adaptado para recibir una seïal recibida, estando compuesta la seïal recibida por una suma de

una seïal transmitida y una seïal de perturbaciïn,

un sumador adaptado para sumar la seïal recibida y una seïal de compensaciïn para producir una seïal

10 de desmodulaciïn;

una unidad de decisiïn (15) adaptada para determinar un sïmbolo transmitido basïndose en la seïal de

desmodulaciïn;

un restador adaptado para determinar una seïal de error calculando una diferencia entre la seïal de

desmodulaciïn y el sïmbolo transmitido determinado, estando caracterizado el desmodulador (10) por:

15 una unidad de compensaciïn (20) adaptada para determinar la seïal de compensaciïn a partir de la seïal

de error, usando un proceso de control de supresiïn de perturbaciïn basado en un modelo, en el que la

seïal de perturbaciïn comprende ruido de fase y en el que la determinaciïn de la seïal de compensaciïn

se genera modelando la seïal de perturbaciïn con un modelo de perturbaciïn l que tiene la ecuaciïn:

donde z denota la variable de la transformada Z y w1, w2 y w3 comprenden entradas de ruido blanco en un modelo de subsistema de generaciïn de ruido de fase de la seïal de perturbaciïn que tiene una funciïn de transferencia Hn (z) [[.]].