Mapeo de fase para forma de onda QPSK/QBL-MSK.

Un procedimiento de aplicación de conformado de pulsos a una señal modulada de ensanchamiento por secuencia que tiene formas de onda en fase (I) y en cuadratura (Q) formateadas en serie,

en el que cada forma de onda incluye un número predeterminado de chips por símbolo, en el que el procedimiento comprende las etapas de:

(a) examinar los chips contiguos de las formas de onda I y Q en un límite (47) de símbolo;

(b) determinar que una de las formas de onda I o Q, en el límite de símbolo, incluye dos chips primero y segundo contiguos separados por un único periodo de chip, en el que el primer chip pertenece a un símbolo anterior y el segundo chip pertenece a un símbolo (47) actual; y

(c) determinar que los chips primero y segundo son de valor opuesto; y

(d) igualar a cero uno de entre el primer chip y el segundo chip, si se determinan (48) ambas etapas (b) y (c).

Mapeo de fase para forma de onda QPSK/QBL-MSK

Campo de la invención La presente invención se refiere, en general, al campo de la comunicación. Más específicamente, se refiere a una comunicación de espectro ensanchado. Todavía más específicamente, se refiere al mapeo de fase de las señales moduladas de ensanchamiento por secuencia.

Antecedentes de la invención La descripción de la presente invención se ve facilitada por el documento US Nº 5.818.867 A.

El conformado de pulsos con modulación por desplazamiento mínimo con banda cuasi limitada (Quasi-Band Limited Minimum Shift Keying, QBL-MSK) propuesto por Frank Amoroso proporciona una mejora significativa en la eficiencia espectral del modulador con respecto a la MSK estándar cuando funciona con un amplificador de potencia lineal. Debido a que QBL-MSK no es una forma de onda de modulación de envolvente constante, las amplificaciones de potencia no lineales de clase C resultan en un rebrote de los niveles de lóbulos laterales en el espectro. La eficiencia espectral se pierde por este proceso de rebrote. Amoroso ha demostrado que QBL-MSK ofrece una mejora significativa en la eficiencia espectral en comparación con la MSK estándar incluso con rebrote de lóbulos laterales. El conformado de pulsos QBL-MSK ha sido aplicado a radios de espectro ensanchado por D.J. Rasmussen usando modulación por desplazamiento de fase binaria (Binar y Phase Shift Keying, BPSK) para transmitir información de datos. Mediante el uso de la modulación de datos BPSK, la estructura de la forma de onda QBL-MSK resulta inalterada. Por lo tanto, los resultados espectrales generados por Amoroso pueden ser aplicados directamente a la señal de espectro ensanchado. El ensanchamiento es aplicado fácilmente a la modulación de datos BPSK mediante el uso de un dispositivo OR-exclusivo. La Fig. 1 muestra el espectro de potencia para BPSK/QBL-MSK a 4, 8 Mcps con 16 chips por símbolo, usando un convertidor digital a analógico (Digital-to-Analog Converter, DAC) de 12 bits con amplificaciones no lineales.

La modulación de datos con modulación por desplazamiento de fase en cuadratura (QPSK) se usa para aumentar la capacidad de velocidad de datos con respecto a la modulación de datos con modulación por desplazamiento de fase binaria BPSK. La capacidad de datos es incrementada en un factor de 2 usando QPSK. La modulación de datos QPSK modifica la forma de onda QBL-MSK de espectro ensanchado. La Fig. 2 muestra el diagrama de bloques para la modulación QPSK/QBL-MSK. Los detalles del sistema mostrado en la Fig. 2 se proporcionan en la patente US Nº 5.818.867. La forma de onda de la modulación está estructurada para permitir el uso de un enfoque de demodulación en serie. Debido a que la modulación de datos QPSK modifica la forma de onda QBL-MSK de espectro ensanchado, los resultados no lineales de Amoroso no son válidos para esta forma de onda. Esta nueva forma de onda tiene condiciones en las que la envolvente de RF se acerca a o es igual a cero.

Una condición de la señal en la que la desviación de la envolvente de RF es mínima se muestra en las Figs. 3A, 3B y 3C. Para esta condición, la modulación de datos QPSK no tiene un impacto significativo sobre la forma de onda de ensanchamiento QBL-MSK. Las Figs. 4A, 4B y 4C muestran una condición de la señal en la que la desviación de la envolvente de RF es grave. Para esta condición, la envolvente de RF llega a cero, lo cual es indeseable para una forma de onda de modulación de envolvente casi constante, tal como QBL-MSK. Estas grandes desviaciones de la envolvente de RF resultan en un mayor rebrote de nivel de lóbulos laterales para la amplificación de potencia no lineal de Clase C. El rebrote de lóbulos laterales puede reducirse considerablemente mediante el uso de un amplificador de potencia clase AB y reduciendo el nivel de activación de entrada. Este enfoque proporciona una eficiencia espectral mejorada en detrimento de la eficiencia energética.

Para la modulación de datos BPSK, la señal de ensanchamiento SQBL-MSK no se ve afectada por la modulación de datos. Para la modulación de datos QPSK, la señal de ensanchamiento SQBL-MSK se ve afectada por la modulación de datos en las condiciones de límite de símbolo, cuando se está realizando un cambio de fase de 0, 5 (-90 grados) o 0, 5 (90 grados) entre los símbolos. Se examinan dos cambios de fase de 90 grados diferentes asociados con la modulación de datos QPSK, en los que el símbolo QPSK anterior está en 0 grados y el símbolo QPSK actual está en 90 grados para mostrar dos efectos de la envolvente de RF considerablemente diferentes. La desviación mínima de la envolvente de RF, tal como se muestra en las Figs. 3A, 3B y 3C, se produce cuando las señales I y Q no llegan a cero en el mismo punto en el tiempo. Sin embargo, tal como se muestra en las Figs. 4A, 4B y 4C, se produce una grave distorsión de la envolvente de RF cuando ambas señales I y Q llegan a cero en el mismo punto en el tiempo, causando que la envolvente de RF llegue a cero. Tal como se muestra claramente en las Figs. 4A, 4B y 4C, el rendimiento de la envolvente de RF casi constante de SQBL-MSK no se conserva. Para conservar el rendimiento de la envolvente de RF casi constante de SQBL-MSK, se realiza un procedimiento de mapeo de fase para prevenir la condición de desviación grave de la envolvente de RF. El procedimiento de mapeo de fase cambia la trayectoria de fase sólo cerca del límite de símbolo, cuando se produce

un cambio de fase de -90 o +90 grados. Este mapeo previene la condición grave de la envolvente de RF mostrada en las Figs. 4A, 4B y 4C.

La Fig. 5 muestra un diagrama de bloques de un modulador QPSK/QBL-MSK con un módulo 10 de mapeo de fase añadido para prevenir que la envolvente de RF se acerque a o sea igual a cero. El módulo 10 realiza una operación de mapeo de fase entre el módulo 24 de formateo en serie y los módulos 27 de conformado de pulsos QBL. Una descripción de módulo 10 de fase se proporciona en el documento US Nº 5.818.867 A.

La Fig. 6 muestra un diagrama de bloques de alto nivel del módulo 10 de mapeo de fase. Este módulo compara los chips modulados de los datos presentes y anteriores de las dos señales I y Q para determinar si están invertidos. Si los chips modulados de los datos están invertidos en las dos señales I y Q, la envolvente de RF se hará igual cero o casi. Para prevenir esta condición no deseada para la envolvente de RF, el módulo 10 invierte ambas señales I y Q.

La Fig. 7 muestra el espectro de potencia resultante para la forma de onda QPSK/QBL-MSK con el mapeo de fase usando un DAC de 12 bits para la amplificación de potencia no lineal a una velocidad de chip de 4, 8 Mcps con 8 chips por símbolo. Comparando estos resultados usando el mapeo de fase realizado por el módulo 10 con los de la modulación de datos BPSK mostrada en la Fig. 1, el rebrote espectral es sólo ligeramente mayor que el obtenido para la modulación de datos BPSK.

El mapeo de fase mostrado en la Fig. 6, mediante la inversión de los chips modulados, mejora el espectro de potencia, pero resulta en una reducción en la ganancia de ensanchamiento en dos chips. Se pierden dos chips de ganancia de procesamiento, ya que el chip invertido reduce el número de coincidencias de chip en una unidad con la degradación de 1 chip adicional introducido por la contribución del chip invertido a la acumulación de símbolos. Para relaciones de ensanchamiento mayores de 32 chips por símbolo, la degradación de la ganancia del procedimiento para la condición grave de la envolvente de RF es menos de 0, 3 dB. Aumentando la ganancia de procesamiento, esta pérdida se reduce. Para un sistema de 16 chips/símbolo, esta degradación es menor de 0, 6 dB. En un sistema 8 chips/símbolo, esta degradación es de aproximadamente 1, 25 dB. Para una ganancia de ensanchamiento más baja de 8 chips por símbolo, la degradación es mayor de 1 dB. Es deseable reducir esta pérdida a menos de 1 dB, ya que entonces puede usarse una señal de ganancia de ensanchamiento más baja para aumentar la velocidad de datos, lo que típicamente requiere un Es/No operativo más alto para conseguir un rendimiento de tasa de errores de bits (Bit Error Rate, BER) aceptable. Para reducir esta degradación, se requiere un mapeo que no invierta ambos chips, y es proporcionado por la presente invención.

Sumario de la invención Para reducir esta degradación de la ganancia de procesamiento y la complejidad de la tabla de consulta, se realiza un nuevo mapeo de fase en el límite de símbolo, que reduce la degradación de la ganancia de procesamiento y la complejidad de la tabla de consulta.

Otra realización de la invención incluye un procedimiento de conformado de pulsos aplicado a una señal modulada... [Seguir leyendo]

1. Un procedimiento de aplicación de conformado de pulsos a una señal modulada de ensanchamiento por secuencia que tiene formas de onda en fase (I) y en cuadratura (Q) formateadas en serie, en el que cada forma de onda incluye un número predeterminado de chips por símbolo, en el que el procedimiento comprende las etapas de:

(a) examinar los chips contiguos de las formas de onda I y Q en un límite (47) de símbolo;

(b) determinar que una de las formas de onda I o Q, en el límite de símbolo, incluye dos chips primero y segundo contiguos separados por un único periodo de chip, en el que el primer chip pertenece a un símbolo anterior y el segundo chip pertenece a un símbolo (47) actual; y

(c) determinar que los chips primero y segundo son de valor opuesto; y

(d) igualar a cero uno de entre el primer chip y el segundo chip, si se determinan (48) ambas etapas (b) y (c) .

2. Procedimiento según la reivindicación 1, que incluye las etapas de:

(e) insertar un chip en la otra forma de onda de entre la forma de onda I o Q, durante la duración del pulso igualado a cero en la etapa (d) , en el que el chip insertado tiene un valor que es el mismo que un valor (48) de chip inmediatamente anterior; y.

(f) extender un valor de pico entre el chip inmediatamente anterior y el chip insertado para proporcionar una parte superior plana entre los mismos.

3. Procedimiento según la reivindicación 2, en el que la etapa (b) incluye determinar que la forma de onda Q incluye los dos chips primero y segundo contiguos separados por un único periodo de chip, y la etapa (d) incluye igualar a cero el primer chip.

4. Procedimiento según la reivindicación 2, en el que la etapa (b) incluye determinar que la forma de onda Q incluye los dos chips primero y segundo contiguos separados por un único periodo de chip, y la etapa (d) incluye igualar a cero el primer chip.

5. Procedimiento según la reivindicación 1, en el que la etapa (a) incluye determinar que existen las dos condiciones siguientes:

(i) un estado de símbolo de 0 o 180 grados antes del límite de símbolo, y

(ii) un cambio de fase de -90 o +90 grados después del límite de símbolo.

6. Procedimiento según la reivindicación 1, en el que la etapa (a) incluye determinar que existen las dos condiciones siguientes:

(i) un estado de símbolo de -90 o +90 grados antes del límite de símbolo, y

(ii) un cambio de fase de -90 o +90 grados después del límite de símbolo.

7. Procedimiento según la reivindicación 2, en el que la etapa (f) incluye extender un valor fijo de nivel de señal +1 o -1 para proporcionar la parte plana entre el chip inmediatamente anterior y el chip insertado.

8. Procedimiento según la reivindicación 1, en el que la señal modulada de ensanchamiento por secuencia es una de entre modulación por desplazamiento de fase en cuadratura (Offset Quadrature Phase Shift Keying, OQPSK) , modulación por desplazamiento mínimo (Minimum Shift Keying, MSK) , MSK Gaussiana, modulación de frecuencia moderada (Tamed Frequency Modulation, TFM) , OQPSK libre de fluctuación entre símbolos (Intersymbol Jitter Free OQPSK, IJF-OQPSK) , OQPSK filtrada con coseno alzado (Raised Cosine filtered OQPSK, RC-OQPSK) , modulación de fase continua (Continuous Phase Modulation, CPM) con ancho de banda eficiente, y el procedimiento incluye además la etapa de transmitir la señal modulada de ensanchamiento por secuencia después de realizar las etapas (d) .

9. Procedimiento según la reivindicación 1, en el que el número de chips por símbolo son 8 chips.

10. Procedimiento según la reivindicación 1, que incluye la etapa de aplicar un conformado de pulsos a la señal modulada de ensanchamiento por secuencia usando una tabla de consulta (Look-Up Table, LUT) almacenada en la memoria.