ES2263758T3

ES2263758T3 - Circuito de sincronizacion.

Info

Publication number: ES2263758T3
Application number: ES02406140T
Authority: ES
Inventors: Daniel Kagi; Andreas Thiel; Heinz Mathis
Original assignee: U Blox AG
Current assignee: U Blox AG
Priority date: 2002-12-24
Filing date: 2002-12-24
Publication date: 2006-12-16
Anticipated expiration: 2022-12-24
Also published as: ATE327597T1; DE50206925D1; US20040120440A1; US7218698B2; EP1434360B1; EP1434360A1

Abstract

Circuito de sincronización para el tratamiento de una secuencia externa de valores analógicos derivada de una secuencia interna, con un registro de desplazamiento realimentado analógico (1), en el cual se vinculan valores analógicos almacenados en posiciones de almacenamiento de un registro de desplazamiento (6) en base a un modelo de realimentación determinado, para la derivación de un valor de realimentación según una función de realimentación, a partir del cual se genera un nuevo valor de entrada mediante superposición con un nuevo elemento de la secuencia externa, y dicho valor de entrada es suministrado a la entrada del registro de desplazamiento (6), caracterizado porque la función de realimentación esencialmente dentro de un sector caracterizado por determinados valores del signo de polaridad de los argumentos es una combinación lineal de los argumentos.

Description

Circuito de sincronización.

Campo técnico

La presente invención se refiere a un circuito de sincronización, según el preámbulo de la reivindicación 1. Este tipo de circuitos de sincronización pueden emplearse para establecer una secuencia interna de valores analógicos, que se corresponde con una secuencia externa codificada en una señal recibida, y que contiene repeticiones de una secuencia básica binaria, tal como es necesario, por ejemplo, en el caso de la descodificación de señales en la técnica de telecomunicaciones, especialmente de la telefonía móvil, y en el caso de los sistemas localización, como
GPS.

Estado de la técnica

Se conocen diferentes circuitos de sincronización de esta clase, con función de realimentación basada en el coseno y en leyes cuadráticas (US-A-5 579 337, US-A-5 612 973, WO-A-01/37 441), pero cuyo comportamiento de sincronización en muchos casos resulta insatisfactorio, y las señales fuertemente ruidosas no son utilizables.

Descripción de la invención

La invención tiene como objetivo proporcionar un circuito de sincronización de esta clase, con un comportamiento de sincronización más ventajoso que el de los circuitos de sincronización de este tipo que se conocen. Este objetivo se consigue gracias a las propiedades de la parte caracterizante de la reivindicación 1.

El circuito de sincronización según la invención, por lo general, sincroniza rápidamente y sin problemas, hecho que resulta decisivo en muchas de sus aplicaciones prácticas, incluso en condiciones desfavorables, como cuando la señal es débil o se producen interferencias fuertes. De este modo se podría conseguir un comportamiento de sincronización suficiente para los objetivos prácticos, incluso con distancias señal-ruido negativas grandes.

Breve descripción de los dibujos

A continuación se explicará más detalladamente la invención, con la ayuda de figuras que únicamente constituyen un ejemplo de realización, que muestran:

la figura 1, un circuito de sincronización según la invención,

la figura 2, las representaciones gráficas de la función de realimentación empleada en el circuito de sincronización según la invención,

la figura 3, un segmento de una posible secuencia básica, y

la figura 4, la evolución de la potencia de una señal de realimentación en el circuito de sincronización según la invención, durante una sincronización.

Procesos para la realización de la invención

El circuito de sincronización según la invención es adecuado para todas las aplicaciones en las que se transmiten datos codificados en CDMA. Puede emplearse directamente para procesar una señal externa derivada de una señal recibida, si la secuencia básica es una m-secuencia, sin embargo, también es posible su uso en el contexto del tratamiento de señales codificadas en CDMA que empleen otros tipos de secuencias básicas, como por ejemplo, secuencias Gold o Kasami.

Cada m-secuencia puede ser generada mediante un registro de desplazamiento de la longitud n, y entre otras, tiene la particularidad de que, con una excepción, cada secuencia de una longitud n (en el caso representado a continuación a modo de ejemplo es n=10) se produce exactamente una vez en la m-secuencia de longitud N=2^{n}-1, aquí 1,023.

Para las dimensiones binarias y su enlace son posibles varias representaciones. La más habitual es la representación mediante 0 y 1 con la adicción módulo 2 (también con enlace 0 excluyente) (b_{1},b_{2}\rightarrowb_{1}\oplusb_{2}) tanto a modo de enlace asociativa como conmutativa, conforme a la tabla siguiente:

\vskip1.000000\baselineskip

b_{2}\b_{1}	0	1
0	0	1
1	1	0

El enlace de un elemento con el elemento nulo 0 deja al primero inalterado, mientras que el enlace con 1 convierte a 0 en 1 y a 1 en 0:

Mediante la transformación

(1)b\rightarrow p=2b-1

se llega a la siguiente representación, que es equivalente pero más fácil de implementar, y con ella se trabaja en el ejemplo de realización:

p_{2}\p_{1}	-1	1
-1	-1	1
1	1	-1

En este caso, el enlace se establece mediante la representación

(2)(p_{1},p_{2})\rightarrow p_{1}\varotimes p_{2}=-p_{1}\cdot p_{2}

-1 es el elemento nulo. Evidentemente, el enlace puede extenderse a números reales cualquiera, es decir valores analógicos.

Cada m-secuencia p_{1},...,p_{N} con N=2^{n}-1 puede elaborarse formando otros valores recursivos, a partir de una secuencia de partida p_{1},...,p_{N} de la longitud n que no consta exclusivamente de elementos nulos, según el modelo:

(3)p_{1}=p_{1-n}\varotimes p_{1_{-rm}}\varotimes...\varotimes p_{1-r1}

de modo que 0<r_{1}<...r_{m}<n, y el polinomio x^{n}+x^{rm}+...+x^{r1}+1 es primo en relación con la aritmética antes definida. Por ejemplo, puede ser

(4)p_{1}=p_{1-10}\varotimes p_{1-3}

Además, debido a que se recorren todos los N segmentos posibles de la longitud n, a excepción del que sólo consta de elementos nulos, antes de que la secuencia de partida se repita, no depende de la elección de la última.

En la transmisión de datos codificados en CDMA, cada canal de transmisión está caracterizado por una secuencia básica determinada, que se repite de forma constante. En la figura 3 hay representado un segmento de una secuencia básica posible. Habitualmente, para cada bit de datos se transmiten varias unidades de la secuencia básica, por ejemplo, veinte. Son vinculados con el bit de datos correspondiente de modo que, en función del valor del mismo, la secuencia básica se produce no alterada, o bien invertida.

El circuito de sincronización, según la invención, comprende (figura 1) un registro de desplazamiento realimentado analógico 1, y un tampón 2 preconectado al mismo. El tampón 2 comprende un sumador 3 y un registro de desplazamiento 4 con 1,023 posiciones de almacenamiento para valores analógicos. La salida del registro de desplazamiento 4 es reconducida hacia la segunda entrada del sumador 3. El registro de desplazamiento realimentado analógico 1 comprende un sumador 5 y un registro de desplazamiento analógico 6 con diez posiciones de almacenamiento. Un circuito de realimentación 7 está unido con tomas a la décima posición de almacenamiento y a otra o incluso otras varias posiciones de almacenamiento. En el ejemplo sólo se dispone de una toma más en la tercera posición de almacenamiento, conforme a (4). En el circuito de realimentación 7, los valores analógicos tomados son vinculados según una función de realimentación. La figura 2 contiene la representación gráfica de una posible función de realimentación con dos argumentos (x_{1},x_{2}). La salida del circuito de realimentación 7 está unida a través de un escalador 8 con la segunda entrada del sumador 5.

Además, la salida del escalador 8 está unida a un discriminador 9 que contiene un elemento de elevación al cuadrado u otro circuito que reproduce la señal de entrada en la zona positiva, un filtro pasabajos y un detector de umbral, y dicho discriminador emite una señal binaria. El discriminador también puede estar conectado a cualquier otro punto del bucle formado por el registro de desplazamiento 6, el circuito de realimentación 7, el escalador 8 y el
sumador 5.

La señal de entrada está presente como señal digital de un ancho de bit determinado, por ejemplo, 12 bits para la cantidad y un bit adicional para el signo de polaridad. Los valores pueden estar representados como valores con coma decimal o como números enteros. Sin embargo, a continuación serán denominados valores analógicos, para diferenciarlos de los valores binarios. La señal de entrada contiene una secuencia analógica que puede generarse a través de un registro de desplazamiento realimentado binario que presenta el mismo modelo de realimentación que el registro de desplazamiento realimentado analógico 1, es decir, en el caso representado, un modelo de realimentación en el cual el valor nuevo es generado por enlace conforme a (4). Sin embargo, puede ser muy ruidoso, con una distancia señal-ruido típica de por ejemplo -35dB.

Los valores analógicos de la señal de entrada, que constituyen elementos de una secuencia de entrada, llegan primero al tampón 2. Allí se superponen varias unidades, por ejemplo, veinte, de secuencias de 1,023 valores emitidas una tras otra, que corresponden a una secuencia básica con ruido, y que normalmente se envían varias veces sucesivas para transmitir un bit de datos, es decir, que en las posiciones de almacenamiento del registro de desplazamiento 4 se depositan los 1,023 valores analógicos de la primera unidad que corresponden a los chips de la secuencia básica, y a continuación son entregados secuencialmente al sumador 5, y los valores correspondientes del segundo ejemplar son añadidos a ellos, sobrescribiéndose el resultado en el valor original. Esto se repite hasta que la suma de las, por ejemplo, veinte unidades, está depositada en el registro de desplazamiento 4.

Al adicionar, el ruido, sólo se superpone sin correlación, de modo que puede mejorarse considerablemente la relación señal/ruido. En caso de que durante la adición cambie el bit de datos, por ejemplo, y se invierta la secuencia básica correspondiente, la adición también podría conllevar el borrado parcial. Sin embargo, en este caso, y dentro de un determinado lapso de tiempo, no se produciría ninguna sincronización en relación con esta secuencia básica, hecho que conduciría a una interrupción y un llenado del registro de desplazamiento 4 con datos nuevos, tal como se explicará más adelante.

La secuencia fundamental, almacenada en el tampón 2, vuelve a leerse para generar una secuencia externa, y es conducida a la entrada del registro de desplazamiento 1 realimentado analógico. La secuencia básica puede invertirse mediante el enlace con el bit de datos, de modo que también pueden emplearse dos registros de desplazamiento realimentados analógicos, conduciendo a uno de ellos la secuencia externa a través de un inversor.

El registro de desplazamiento realimentado analógico 1 que consiga una secuencia favorable, es decir que obtenga una proporción lo más parecida posible a la secuencia básica codificada p_{1},...,p_{1'023}, debería generar a partir de ella una secuencia interna a_{1},...,a_{1'023} que correspondiese a esta secuencia básica, y dicha secuencia interna debe cuadrar con la secuencia externa en lo referente a la posición de fase. La secuencia externa equivale a repeticiones de la secuencia fundamental que contiene la secuencia básica p_{1},...,p_{1'023} con ruido.

Para la estabilidad y el comportamiento de sincronización cuando las distancias señal/ruido negativas son grandes, es muy importante elegir la función de realimentación f adecuada. Con las funciones conocidas hasta ahora, si las secuencias tienen mucho ruido no se consigue ninguna sincronización. Buscando funciones de realimentación adecuadas, se han hallado diferentes características que resultan favorables. En la representación elegida de los valores binarios (en otras representaciones deben transformarse parcialmente las características) debe tener a ser posible las siguientes cualidades:

En cada sector que esté definido por determinados valores de los signos de polaridad de los argumentos, la función de realimentación debería ser fundamentalmente una combinación lineal de los argumentos. Las discontinuidades que surjan en los límites del sector a raíz de ello pueden estabilizarse o aplanarse, sin embargo, se ha demostrado que las anomalías pueden empeorar el comportamiento, por lo que no pueden ser grandes.

Si son las cantidades del argumento 1, la cantidad del valor de realimentación debería ser inferior a 1, preferentemente entre 0,90 y 0,99. Resulta ventajoso que la función de realimentación en los argumentos de la cantidad 1 proporcione un valor de la cantidad de 1, es decir:

(5)\left\bracevert f(x_{1},..., x_{m})\right\bracevert = 1 \ para \left\bracevert x_{1}\right\bracevert = ... = \left\bracevert x_{m}\right\bracevert = 1,

y el valor de la función entonces se multiplica con un factor discrecional k<1, especialmente 0,90<k<0,99. Esta multiplicación es ejecutada por el escalador 8 regulable que está postconectado al circuito de realimentación 7 que valora la función de realimentación.

El signo de polaridad del valor de realimentación debería ser opuesto al signo de polaridad del producto de los argumentos negativos, es decir

(6)sig(f(x_{1},...,x_{m})) = -sig((-x_{1})\cdot...\cdot(-x_{m})).

En caso de que x_{1},...,x_{m} tengan la cantidad 1, es decir que también puedan considerarse dimensiones binarias, las dos características mencionadas conducen a que f((x_{1},...,x_{m}) se corresponda con el enlace x_{1}\varotimes...\varotimesx_{m}.

Además, resulta ventajoso que la función de realimentación f sea invariante cuando se intercambian los argumentos. Como función de cada argumento, es decir al mantener constantes los demás, debería ser antisimétrica y monótona.

\newpage

Una función de realimentación f que tiene todas las características mencionadas, y con la que se podría conseguir sincronización incluso cuando las señales tienen mucho ruido, sería la siguiente

(7)f(x_{1},..., x_{m}) = -sig((-x_{1})\cdot...\cdot(-x_{m}))\cdot(| x_{1} | + ... + | x_{m} |)/m

Esta función es la que asegura, hasta una escalación, que se cumpla (5), en cada sector una combinación lineal de los argumentos con coeficientes de +1 a -1.

Para dos variables, es decir

(8)f(x_{1},x_{2}) = -sig(x_{1}\cdot x_{2})\cdot\left(| x_{2} | + | x_{2} |\right)/2.

está representada en la figura 2, de modo que sólo las transiciones en los límites de los sectores se han estabilizado mediante interpolación lineal.

Si se elige otra representación de valores binarios diferente a la del ejemplo expuesto, deberán adaptarse debidamente las condiciones en la función de realimentación. También el factor k puede estar integrado en la función de realimentación, dependiendo de la implementación como dimensión fija o variable, hecho que requeriría una adaptación de la condición (5), por ejemplo.

Debido a que el circuito de sincronización trabaja con los datos almacenados gracias al tampón 2, su velocidad de trabajo es independiente de la frecuencia de segmentos de la señal recibida, y puede ser bastante más elevada. La potencia de la secuencia interna generada, que es reducida en la salida del escalador 8, sirve como criterio para una sincronización efectiva. Mientras que, antes de una sincronización, los elementos de la secuencia interna tienen el mismo valor que los de la secuencia externa, cuando la sincronización se ha realizado, ésta última se ha intensificado con un factor 1/(1-k) que normalmente está entre 10 y 100. La potencia de la secuencia interna (a_{i}) aumenta intensamente de forma correspondiente, tal como está representado en la figura 4. Este aumento es registrado por el discriminador 9, en el que la potencia se detecta mediante elevación al cuadrado, el filtrado se aplana mediante un filtro pasabajos y es obtenido a lo largo de un intervalo de tiempo prolongado, y finalmente el resultado es comparado con un valor umbral. Suministra una señal binaria adecuada que indica que la sincronización se ha efectuado.

Si al cabo de un tiempo determinado no se ha producido ninguna sincronización, normalmente no tiene sentido continuar con el procedimiento usando los mismos datos. La ausencia de sincronización puede ser producto de la casualidad, por ejemplo, debido a una forma especialmente desfavorable del nivel de ruido, a una posición de fase desfavorable de la señal recibida, o también a un momento de exploración desfavorable antes de un cambio de bit de datos, que conduce a que en el tampón 2 (figura 1) se añadan unidades de secuencias en las que la parte que contiene la secuencia básica buscada llegue con signos de polaridad diferentes, hecho que conlleva una debilitación grave de la parte en cuestión frente al nivel de ruido. En estos casos, resulta conveniente llenar el tampón 2 con una nueva secuencia fundamental y volver a empezar el proceso de sincronización con ella.

Evidentemente, se pueden llevar a cabo diferentes variaciones del ejemplo descrito. Así, no es necesario que haya un tampón, especialmente si la señal de entrada es de buena calidad, y la secuencia de entrada se puede suministrar directamente como secuencia externa a la entrada del registro de desplazamiento realimentado analógico. Para la implementación también existen diferentes posibilidades, especialmente se pueden elegir diferentes grados de la integración. Los componentes mencionados del circuito de sincronización no deben ser en ningún caso componentes separados. Los registros de desplazamiento pueden estar formados, por ejemplo, por una memoria correspondiente con direccionamiento lineal, así como un indicador de escritura y un indicador de lectura.

Lista de números de referencia

1: registro de desplazamiento analógico

2: tampón

3: sumador

4: registro de desplazamiento

5: sumador

6: registro de desplazamiento

7: circuito de realimentación

8: escalador

9: discriminador

Claims

1. Circuito de sincronización para el tratamiento de una secuencia externa de valores analógicos derivada de una secuencia interna, con un registro de desplazamiento realimentado analógico (1), en el cual se vinculan valores analógicos almacenados en posiciones de almacenamiento de un registro de desplazamiento (6) en base a un modelo de realimentación determinado, para la derivación de un valor de realimentación según una función de realimentación, a partir del cual se genera un nuevo valor de entrada mediante superposición con un nuevo elemento de la secuencia externa, y dicho valor de entrada es suministrado a la entrada del registro de desplazamiento (6), caracterizado porque la función de realimentación esencialmente dentro de un sector caracterizado por determinados valores del signo de polaridad de los argumentos es una combinación lineal de los argumentos.

2. Circuito de sincronización, según la reivindicación 1, caracterizado porque la cantidad de la función de realimentación es 1, si las cantidades de los argumentos también son 1.

3. Circuito de sincronización, según la reivindicación 1 o 2, caracterizado porque el signo de polaridad de la función de realimentación siempre corresponde al signo de polarización del enlace de los argumentos.

4. Circuito de sincronización, según una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque la función de realimentación es invariante cuando se intercambian los argumentos.

5. Circuito de sincronización, según una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque la función de realimentación, como función de cada argumento, es antisimétrica y monótona.

6. Circuito de sincronización, según la reivindicación 1, caracterizado porque la cantidad de la función de realimentación equivale esencialmente a la media de las cantidades de los argumentos.

7. Circuito de sincronización, según una de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque el valor de realimentación se elabora mediante la multiplicación del valor de la función de realimentación con un factor k<1, que preferentemente se encuentra entre 0,90 y 0,99.

8. Circuito de sincronización, según una de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado porque comprende un circuito de realimentación (7) para la valoración de la función de realimentación, y un escalador (8) para la multiplicación de su valor de partida con un factor, así como un sumador (5) para la superposición del valor de realimentación con el nuevo elemento de la secuencia externa.

9. Circuito de sincronización, según la reivindicación 8, caracterizado porque comprende un discriminador (9) para generar una señal binaria de salida que indique que se ha llevado a cabo una sincronización, cuya entrada está unida a la salida del circuito de realimentación (7), y que preferentemente contiene un elemento de elevación al cuadrado u otro circuito que reproduzca una señal de entrada en la zona positiva, un filtro pasabajos y un detector de umbral.

10. Circuito de sincronización, según una de las reivindicaciones 1 a 9, caracterizado porque presenta un tampón (2) preconectado al registro de desplazamiento realimentado analógico (1), para añadir segmentos sucesivos de una secuencia de entrada, que siempre contienen una secuencia básica, para la elaboración de la secuencia externa.

11. Circuito de sincronización, según la reivindicación 10, caracterizado porque el tampón comprende un registro de desplazamiento (4) y un sumador (3) preconectado al mismo, para la adición de un elemento de la secuencia de entrada a un valor de salida del registro de desplazamiento (4).