Demodulación de datos QPSK o DQPSK mejorada para señales en sistemas de ensanchamiento por secuencia directa (DSS) utilizando secuencias de ensanchamiento ortogonales o cuasi-ortogonales.

Un método para un receptor para corregir el error de fase de una señal modulada por desplazamiento de fase,

PSK, que comprende los pasos de:

(a) recibir una señal modulada mediante una secuencia de ensanchamiento;

(b) desensanchar la señal recibida utilizando una secuencia de ensanchamiento del receptor similar a la secuencia de ensanchamiento del paso (a);

(c) calcular un perfil de correlación cruzada entre la secuencia de ensanchamiento del receptor y la señal recibida;

(d) calcular un perfil de autocorrelación de la secuencia de ensanchamiento del receptor para determinar una propiedad de código de ensanchamiento (SCP);

(e) estimar un error de temporización en el alineamiento entre los perfiles de autocorrelación y de correlación cruzada; y

(f) corregir un error de fase de la señal desensanchada en el paso (c), mediante la utilización de la SCP y del error de temporización estimado.

Demodulación de datos QPSK o DQPSK mejorada para señales en sistemas de ensanchamiento por secuencia directa (DSS) utilizando secuencias de ensanchamiento ortogonales o cuasi-ortogonales

CAMPO TÉCNICO

La presente invención se refiere, en general, a sistemas de comunicaciones. De manera más específica, se refiere a demodulación de datos QPSK o DQPSK para señales en sistemas de ensanchamiento por secuencia directa (DSS, direct sequence spreading) que utilizan secuencias de ensanchamiento ortogonales o cuasi-ortogonales.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

La Modulación de datos por Desplazamiento de Fase en Cuadratura (QPSK, Quadrature Phase Shift Keying) se utiliza para aumentar la velocidad de transmisión de datos en comparación con la Modulación de datos por Desplazamiento de Fase Binaria (BPSK, Binary Phase Shift Keying). Para mejorar el rendimiento de datos en condiciones de canales multi-trayecto y para reducir la densidad espectral de potencia transmitida, se utilizan las técnicas de ensanchamiento por secuencia directa en la modulación de datos. La detección diferencial de datos se lleva a cabo para simplificar el proceso de demodulación, dando como resultado una recepción QPSK diferencial (DQPSK). La señal 802.11b existente proporciona modulación de datos tanto DBPSK como DQPSK utilizando una señal BPSK para el ensanchamiento por secuencia directa, proporcionando una capacidad de datos de 1 y 2 Mbps.

Para conseguir las velocidades de transmisión de datos de 1 y 2 Mbps, se utilizan 11 chips para ensanchar la señal de datos modulada. Como secuencia de ensanchamiento se utiliza una secuencia Barkerde 11 chips. La secuencia Barker de 11 chips posee excelentes propiedades de autocorrelación, proporcionando un máximo nivel de correlación del lóbulo lateral de 1/11 del valor del pico de correlación. Para conseguir esta excelente propiedad de correlación en cada símbolo de datos, se utiliza la misma secuencia Barker de 11 chips para ensanchar cada símbolo de datos.

Como alternativa al uso de secuencias cortas repetidas, puede utilizarse la modulación BPSK para ensanchar los datos. La modulación BPSK proporciona un medio simple y directo para ensanchar datos modulados bien en BPSK o en QPSK. Para cumplir los requerimientos espectrales de la norma 802.11, la señal BPSK ensanchada es conducida a través de un filtro de paso bajo para reducir el nivel del lóbulo lateral del espectro de potencia. La señal BPSK filtrada es procesada en el seno de la región lineal de un amplificador de potencia para minimizar el recrecimiento del espectro de salida del amplificador de potencia de radiofrecuencia.

Existen, sin embargo, algunas limitaciones en el uso de las técnicas mencionadas anteriormente. En primer lugar, las señales que utilizan secuencias de ensanchamiento cortas, tales como la secuencia Barkerde 11 chips utilizada en las señales 802.11b, limitan el intervalo de ensanchamiento del retardo para ecualización de canales multi- trayecto, ya que dos símbolos adyacentes pueden tener polaridades opuestas. Más aún, secuencias de ensanchamiento cortas y repetidas permiten también a oyentes no autorizados recuperar fácilmente el flujo de símbolos de datos. Las secuencias más largas eliminan estas limitaciones. Sin embargo, secuencias de ensanchamiento más largas no proporcionan propiedades de autocorrelación excelentes a lo largo de secciones cortas (11 chips para las señales 802.11b) de la secuencia de ensanchamiento. La degradación en la propiedad de autocorrelación degrada de manera directa el rendimiento del sistema en términos de tasa de error binario (BER, bit error rate).

En segundo lugar, las señales ensanchadas con BPSK limitan el rendimiento de potencia del amplificador de potencia de radiofrecuencia, ya que obligan al amplificador a funcionar en un modo lineal para evitar el recrecimiento de los lóbulos laterales del espectro. Sin embargo, el ensanchamiento de datos utilizando señales de modulación de envolvente constante, tales como Modulación por Desplazamiento Mínimo (MSK, Mínimum Shift Keying) o modulación de envolvente cuasi-constante, tales como MSK de Banda Cuasi-Limitada (QBL-MSK, Quasi- Bandlimited MSK) y Modulación por Desplazamiento de Fase en Cuadratura con Corrimiento por Filtrado de Coseno Alzado (RC-OQPSK, Raised Cosine filtered Offset Quadrature Phase Shift Keying), permiten al amplificador de potencia de radiofrecuencia funcionaren modo no lineal, aumentando el rendimiento de potencia.

Las técnicas de demodulación paralela estándar para MSK, QBL-MSK, y RC-OQPSK desensanchan la señal utilizando secuencias I y Q independientes, y necesitan dos secuencias de ensanchamiento ortogonales o cuasi- ortogonales. Típicamente se utilizan códigos Gold debido a que tienen buenas propiedades de correlación y correlación cruzada. Sin embargo, los códigos Gold también necesitan, como mínimo, 31 chips (mínima longitud para un código Gold) de ensanchamiento tanto en los datos I como en los datos Q, y un aumento en el número de chips da como resultado una velocidad de transmisión de datos reducida para la misma velocidad de transmisión de chips operativa. Para reducir el número de chips de ensanchamiento requeridos por estas señales demodulación de envolvente constante o cuasi constante, se utiliza el formateado serie en la señal de ensanchamiento. El formateado serie combinado con la demodulación serie permite que estas señales sean demoduladas de manera similar a la BPSK.

Para un desensanchamiento serie de una señal MSK, QBL-MSK, o RC-OQPSK, la secuencia Barker de 11 chips repetitiva puede utilizarse para la secuencia de ensanchamiento. Las propiedades de autocorrelación para la secuencia Barker de 11 chips son excelentes, posibilitando la eliminación del término de demodulación serie no deseado. Para evitar las limitaciones asociadas a la secuencia de ensanchamiento corta, se utiliza una secuencia de ensanchamiento más larga. Tal como se describió anteriormente, las secuencias de ensanchamiento más largas no proporcionan unas propiedades de autocorrelación excelentes a través de las secciones cortas (11 chips para las señales 802.11b) de la secuencia de ensanchamiento. Las propiedades de autocorrelación pobres asociadas a la secuencia de ensanchamiento larga dan como resultado que el término de demodulación serie no deseado no se elimina.

En la FIGURA 1 se muestra una curva de rendimiento de tasa de error binario (BER) con un máximo error de temporización de un cuarto chip (muestreando al doble de la velocidad de transmisión de chips) para modulación de datos DQPSK con ensanchamiento QBL-MSK para una secuencia Neuman-Hoffman corta (00001101) de 8 chips. Tal como se muestra en la FIGURA 1, para una temporización ideal (0 a 0,5 Te), se consigue una tasa de error binario de 10'6 cuando el valor de Es/N0 es aproximadamente igual a 11,9 dB, mientras que la condición de máximo error de temporización de Tc/4 requiere de un aumento de Es/N0 hasta un valor aproximado de 12,5 dB para proporcionar la misma tasa de error binario.

La FIGURA 2 muestra la curva de rendimiento de tasa de error binario con un error máximo de temporización de un cuarto de chip (muestreando al doble de la velocidad de transmisión de chips) para modulaciones DQPSK con ensanchamiento QBL-MSK para una secuencia de ensanchamiento larga y aleatoria. Tal como se muestra en la FIGURA 2, para una temporización ideal (0 a 0,5 Te), se consigue una tasa de error binario de 10'6 cuando el valor de Es/N0 es aproximadamente igual a 12,5 dB, mientras que la condición de máximo error de temporización para Tc/4 requiere de un aumento de Es/N0 hasta un valor aproximado de 16 dB para proporcionar la misma tasa de error binario. Para una temporización ideal, el valor de Es/N0 adicional necesario para la secuencia larga en comparación con la secuencia corta es de sólo 0,6 dB. Para la condición de error máximo de temporización de Tc/4, el valor de Es/N0 adicional necesario para la secuencia larga en comparación con la secuencia corta es de 3,5 dB. Esta degradación significativa en el rendimiento de la tasa de error binario para el error de temporización debe reducirse bien aumentando la resolución de temporización o bien compensando las propiedades de autocorrelación más pobres de la secuencia de ensanchamiento larga en comparación con la longitud más corta de ensanchamiento de símbolo. Para aumentar la resolución de temporización es necesario aumentar la frecuencia de muestreo, lo que aumenta la complejidad del demodulador y el consumo de potencia de corriente continua.

En el documento WO 03/084080 A2, se describe un método y un sistema para el alineamiento temporal con la señal de reloj del receptor de una señal transmitida recibida. El alineamiento temporal... [Seguir leyendo]

1Un método para un receptor para corregir el error de fase de una señal modulada por desplazamiento de fase, PSK, que comprende los pasos de:

(a) recibir una señal modulada mediante una secuencia de ensanchamiento;

(b) desensanchar la señal recibida utilizando una secuencia de ensanchamiento del receptor similar a la secuencia de ensanchamiento del paso (a);

(c) calcular un perfil de correlación cruzada entre la secuencia de ensanchamiento del receptor y la señal recibida;

(d) calcular un perfil de autocorrelación de la secuencia de ensanchamiento del receptor para determinar una propiedad de código de ensanchamiento (SCP);

(e) estimar un error de temporización en el alineamiento entre los perfiles de autocorrelación y de correlación cruzada; y

(f) corregir un error de fase de la señal desensanchada en el paso (c), mediante la utilización de la SCP y del error de temporización estimado.

2.- El método de la reivindicación 1, en el que la señal recibida incluye pulsos a una velocidad de transmisión de chips, y

el paso (a) incluye:

demodular la señal recibida con una señal portadora para formar una señal en banda base,

muestrear la señal en banda base con una frecuencia de muestreo mayor que la velocidad de transmisión de

chips,

y el paso (b) incluye:

desensanchar la señal en banda base con una velocidad que es la misma que la velocidad de transmisión de chips.

3.- El método de la reivindicación 2, en el que

demodular incluye formar una señal en banda base en fase (I) y una señal en banda base en cuadratura (Q), y desensanchar incluye desensanchar las señales I y Q en banda base utilizando sólo una secuencia de ensanchamiento del receptor.

4.- El método de la reivindicación 1, en el que la señal recibida incluye pulsos a la velocidad de transmisión de chips, y se llevan a cabo los siguientes pasos entre el paso (a) y el paso (b):

rotar la fase de la señal recibida para formar señales I y Q en banda base demoduladas en serie, muestrear cada una de ellas a una frecuencia de muestreo mayor que la velocidad de transmisión de chips, reducir las señales I y Q en banda base muestreadas al menos en un factor de 14 para formar señales I y Q en banda base decimadas, muestreadas cada una de ellas a la velocidad de transmisión de chips, y desensanchar las señales I y Q en banda base decimadas utilizando una secuencia de ensanchamiento del receptor a la velocidad de transmisión de chips.

5.- El método de la reivindicación 4, en el que

desensanchar las señales I y Q en banda base decimadas se lleva a cabo utilizando una única secuencia de ensanchamiento del receptor.

6.- El método de la reivindicación 1, en el que

el paso (a) incluye demodular la señal recibida para formar señales I y Q en banda base,

el paso (c) incluye llevar a cabo una correlación cruzada de las señales I y Q en banda base de manera separada con una secuencia de chips de la secuencia de ensanchamiento del receptor para formar una señal I correlada y una señal Q correlada.

7.- El método de la reivindicación 6 en el que las señales I y Q correladas se suman para formar el perfil de correlación cruzada.

8.- El método de la reivindicación 7 en el que antes de realizar la suma las señales I y Q correladas son elevadas al cuadrado individualmente.

9.- El método de la reivindicación 1 en el que el paso (d) incluye introducir un desplazamiento de tiempo en la secuencia de ensanchamiento del receptor frente a la misma secuencia de ensanchamiento del receptor por un tiempo máximo de 2 periodos de chip de la secuencia de ensanchamiento del receptor.

10.- El método de la reivindicación 9 en el que el desplazamiento de tiempo tiene un tiempo máximo de un periodo de chip.

11.- El método de la reivindicación 1 en el que la señal recibida incluye símbolos de datos, donde cada símbolo incluye un número entero de chips, y el paso (d) incluye determinar la SCP por al menos un símbolo.

12.- El método de la reivindicación 11 en el que para 8 chips por símbolo la SCP para un símbolo de datos adopta valores de -7, -5, -3 -1, 1, 3, 5, ó 7.

13.- El método de la reivindicación 1 en el que el paso (e) incluye los pasos de

localizar un valor de pico del perfil de correlación cruzada como COR (nTc), donde Tc es un periodo de chip y n es un número de muestra;

determinar un valor de una muestra del perfil de correlación cruzada después del valor de pico, como COR[(n+1 )TC] y un valor de otra muestra del perfil de correlación cruzada antes del valor de pico, como COR[(n-1)Tc]; y utilizar los valores de COR(nTc), COR[(n-1 )TC] y COR[(n+1 )TC] para estimar el error de temporización.

14.- El método de la reivindicación 1 en el que

un error de temporización estimado, estimado en el paso (e), y la SCP, determinada en el paso (d), se utilizan para seleccionar un error de fase almacenado en una tabla (LUT, Look-Up Table) de consulta, y

el paso (f) utiliza el error de fase seleccionado para corregir el error de fase de la señal desensanchada en el paso

(c).

15.- El método de la reivindicación 1 en el que el paso (f) incluye utilizar valores de grados, o valores de términos seno/coseno, almacenados en una LUT para corregir el error de fase de la señal desensanchada en el paso (c).

16.- El método de la reivindicación 1 en el que

el paso (b) incluye desensanchar la señal recibida en señales I y Q en banda base desensanchadas, y el paso (f) incluye corregir el error de fase de las señales I y Q en banda base desensanchadas utilizando valores de términos seno y coseno almacenadas en una LUT para formar símbolos I y Q corregidos en fase para detección de señales PSK en cuadratura (QPSK).

17 -El método de la reivindicación 1 en el que la señal recibida incluye un tipo de modulación de entre los siguientes: QPSK, QPSK diferencial, QBL-MSK, 8-PSK, 8-PSK diferencial, n/4-QPSK, n/4-QPSK diferencial, BPSK, o BPSK diferencial.

18.- Un receptor que comprende

un módulo de desensanchamiento para desensanchar una señal en banda base, utilizando una secuencia de ensanchamiento generada por un generador de código,

un módulo de correlación cruzada para calcular un perfil de correlación cruzada entre la señal en banda base y la secuencia de ensanchamiento,

un módulo de autocorrelación para calcular un perfil de autocorrelación de la secuencia de ensanchamiento para determinar un valor SCP de la secuencia de ensanchamiento, un módulo de estimación de error de temporización, acoplado a los módulos de correlación cruzada y autocorrelación, para estimar un error de alineamiento entre el perfil de autocorrelación y el perfil de correlación cruzada, y

un módulo de corrección de fase, acoplado al módulo de estimación de error de temporización y al módulo de desensanchamiento, para corregir un error de fase en la señal en banda base desensanchada.

19.- El receptor de la reivindicación 18 en el que

el módulo de corrección de fase está configurado para extraer valores de corrección de error de fase de una LUT, la LUT incluye valores de corrección de error de fase basados en valores SCP y errores de alineamiento entre los perfiles de autocorrelación y correlación cruzada.

20.- El receptor de la reivindicación 18 que Incluye

un demodulador para mezclar una señal portadora con una señal recibida, que incluye una frecuencia de segmentación de pulsos, para formar una señal demodulada,

un convertidor de analógico a digital (ADC) configurado para muestrear la señal demodulada a una frecuencia de muestreo mayor que la frecuencia de segmentación, para formar una señal muestreada,

un rotador de fase para rotar la fase de la señal muestreada para formar una señal demodulada en serie a la misma frecuencia de muestreo, y

un decimador para reducir la frecuencia de muestreo de la señal demodulada en serie para formar una señal en banda base.

21.- El receptor de la reivindicación 20 en el que la señal en banda base incluye una señal I en banda base y una señal Q en banda base, donde se utiliza la misma secuencia de ensanchamiento para desensanchar las señales I y Q en banda base.

22.-El receptor de la reivindicación 18 en el que el módulo de corrección de fase incluye multiplicadores para multiplicar la señal en banda base desensanchada por valores de seno y coseno extraídos de una LUT.

5 23.-El receptor de la reivindicación 18 en el que la señal en banda base es una de entre las siguientes: QPSK,

QPSK diferencial, QBL-MSK, 8-PSK, 8-PSK diferencial,.n/4-QPSK,.n/4-QPSK diferencial.