ES2279622T3 - Metodo, aparato y sistema para determinar la posicion de una señal de sincronizacion de frecuencia. - Google Patents
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Abstract
Un método para determinar la posición de una señal de sincronización de frecuencia entre los datos transmitidos desde un transmisor y recibidos por un receptor de un sistema de comunicaciones, comprendiendo el método los pasos de: a) calcular un valor pico que representa una señal transmitida desde el transmisor y detectada por el receptor; b) estimar un desplazamiento de frecuencia entre la frecuencia portadora del transmisor y una referencia de frecuencia del receptor; c) estimar un factor de calidad usando el desplazamiento de frecuencia estimado; d) determinar si el valor pico y el factor de calidad satisfacen las condiciones umbral de pico y calidad predeterminadas; e) cuando se satisfacen las dos condiciones predeterminadas dichas, almacenar el valor pico, el desplazamiento de frecuencia y el factor de calidad y repetir los pasos a)-d); y f) cuando alguna de las condiciones umbral no se satisface, determinar la posición de la señal de sincronización de frecuencia como la posición de un valor pico almacenado y un factor de calidad almacenado.
Description
Método, aparato y sistema para determinar la
posición de una señal de sincronización de frecuencia.
Esta invención se refiere en general a un
método, un aparato y un sistema para determinar la posición de una
señal de sincronización de frecuencia. Más particularmente, esta
invención se refiere a un método, un aparato y un sistema para
determinar la posición de una señal de sincronización de frecuencia
entre los datos transmitidos desde un transmisor y recibidos por un
receptor en un sistema de comunicaciones.
En cualquier sistema de comunicaciones, es
importante para un receptor el estar sincronizado con un transmisor
de forma que los mensajes puedan ser intercambiados con éxito entre
el transmisor y el receptor. En un sistema de comunicaciones por
radio, en particular, es importante que el receptor esté sintonizado
en la frecuencia del transmisor para una recepción óptima.
En un sistema de comunicaciones por radio
típico, estaciones remotas se comunican con una o más estaciones
base por vía de una interfaz aérea de radio. Se han empleado varios
procedimientos para evitar que las transmisiones entre las
diferentes estaciones base y estaciones remotas se interfieran entre
sí.
En algunos sistemas de comunicaciones por radio,
estaciones base vecinas tienen asignadas cada una diferentes
frecuencias portadoras con las cuales comunicarse con las estaciones
remotas de forma que las transmisiones desde una estación base no
interfieran con las transmisiones de una estación base vecina.
Además de esta técnica de Acceso Múltiple por Distribución de
Frecuencias (FDMA), se ha empleado la de Acceso Múltiple por
Distribución en el Tiempo (TDMA). En sistemas que usan la TDMA, una
estación base puede asignar una franja de tiempo o varias franjas
de tiempo determinadas dentro de una trama sobre una portadora hasta
cada estación remota. Algunas estaciones remotas pueden usar la
misma frecuencia portadora pero diferentes franjas de tiempo para
comunicarse con la estación base.
En otros sistemas de comunicación por radio, se
ha empleado el método de Acceso Múltiple por Distribución de Código
(CDMA). De acuerdo con el método CDMA, cada estación remota tiene
asignada una(s) palabra(s) de código digital
específica(s) que es(son) ortogonal(es) a las
palabras de código asignadas a otras estaciones. Estaciones base
vecinas pueden intercambiar mensajes con las estaciones remotas
usando la misma frecuencia pero palabras de código ortogonales
diferentes para indicar a cuál de las estaciones remotas está
dirigido el mensaje.
Sea que un sistema de comunicaciones por radio
emplee el FDMA, TDMA, el CDMA, una combinación de estos
procedimientos o cualquier otro procedimiento, es importante para
una estación remota el estar sincronizada en tiempo y frecuencia
con la estación base que da servicio al área desde la cual desea
comunicarse. En otras palabras, la referencia de frecuencia de la
estación remota debe ser sintonizada con la frecuencia portadora de
la estación base y la referencia de tiempo de la estación remota
debe ser sincronizada con la referencia de tiempo de la estación
base. Típicamente se transmite una señal de sincronización periódica
desde la estación base a la estación remota con este propósito.
En un sistema que cumpla con el estándar del
Sistema Global para Comunicaciones Móviles Europeo (GSM), se
transmite información desde la estación base a la estación remota
modulando la portadora de la estación base con, por ejemplo, una
Ráfaga Normal (NB) de datos. Para sincronizar la estación móvil con
la estación base, la portadora de la estación base también es
modulada periódicamente con una Ráfaga de Corrección de Frecuencia
(FCB) y una Ráfaga de Sincronización (SB) para formar una señal de
sincronización de frecuencia.
La portadora de la estación base está modulada
típicamente con la FCB que usa la Modulación por Desplazamiento de
Frecuencia Mínimo Gaussiano (GMSK). En un sistema GSM, una FCB es
una secuencia de 148 símbolos, cada símbolo un cero, que se
transforma en una señal sinusoidal pura después de la modulación. La
frecuencia de la señal de sincronización de frecuencia resultante
es, así, igual a 1/4T Hz, donde T representa la duración de un
símbolo. T es típicamente 48/13 microsegundos (\mus), de forma que
la señal de sincronización de frecuencia tiene una frecuencia de
aproximadamente 67,7 kHz. La FCB se repite cada décima trama durante
las primeras cuatro veces y, después, durante la quinta vez, la FCB
se repite en la undécima trama. Esta secuencia de tramas se repite
entonces indefinidamente para mantener la sincronización entre la
estación remota y la estación base.
A partir de la información que hay en la FCB, la
estación remota es capaz de sincronizarse aproximadamente con
la(s) franja(s) de tiempo asignada(s) a ella.
Esta sincronización temporal aproximada es entonces suficiente para
deducir la posición de la SB, la cual está situada típicamente ocho
Ráfagas después de la FCB y para decodificar la información que
lleva. La información obtenida decodificando la SB se usa entonces
para la sintonización fina de la frecuencia de referencia de la
estación remota con la portadora de frecuencia de la estación base
y para ajustar la referencia de tiempo de la estación remota con
la(s) franja(s) de tiempo asignada(s) a ella
por la estación base.
En sistemas que emplean el CDMA, cada estación
base transmite una señal de sincronización de frecuencia en forma
de, por ejemplo, una secuencia piloto en cada una de las frecuencias
asignadas a una estación base determinada, así como, posiblemente,
en alguna o todas de las frecuencias que no están asignadas a esa
estación base determinada. Si la frecuencia ha sido asignada a la
estación base, la correspondiente secuencia piloto puede ser
transmitida con una potencia ligeramente superior que las otras
frecuencias usadas por la estación base. Cada una de las estaciones
remotas que reciben la portadora modulada por la secuencia piloto
demodula la señal. Como resultado, cada estación remota puede
recibir señales designadas para ella y medir simultáneamente las
potencias de las señales de las estaciones base vecinas que usan
diferentes pilotos o portadoras. Esta información es usada por la
estación remota para determinar cuál de las secuencias piloto
recibidas tiene la potencia de señal más fuerte y la referencia de
frecuencia de la estación remota se ajusta a la frecuencia portadora
apropiada de acuerdo con ello.
Cualquier diferencia de señal entre la
referencia de frecuencia de la estación remota y la frecuencia
portadora de la estación base es detectada fácilmente en la señal
de sincronización de frecuencia demodulada. Por ejemplo, en
sistemas que cumplen con el estándar GSM, la diferencia entre la
frecuencia de la señal de sincronización de frecuencia modulada, la
cual se conoce que es 67,7 kHz, y la frecuencia de la señal de
sincronización de frecuencia recibida, demodulada a la banda base,
es una medida directa del error en la referencia de frecuencia de
la estación remota. En sistemas que emplean el CDMA, la diferencia
entre la frecuencia conocida de la secuencia piloto transmitida más
potente y la frecuencia de la secuencia piloto demodulada es usada
por la estación remota como una medida del error en la referencia de
frecuencia de la estación remota.
De cara a sincronizar una estación remota con
una estación base, es importante por ello detectar de forma exacta
la señal de sincronización de frecuencia transmitida desde la
estación base y estimar la diferencia de frecuencia entre la
referencia de frecuencia de la estación remota y la frecuencia
portadora de la estación base.
Se han propuesto muchas técnicas para detectar
la señal de sincronización de frecuencia. Una de esas técnicas está
descrita en una Solicitud de Patente Americana comúnmente nombrada
titulada "Method and Apparatus for Detecting a Frequency
Synchronization Signal", presentada el 20 de febrero de 1.998 en
nombre de Roozbeb Atarius et al., e incorporada en este
documento como referencia. Este método de detección usa las
similitudes entre los componentes en fase y en cuadratura de fase
de las señales recibidas para detectar una señal de sincronización
de frecuencia. La detección de la FCB está descrita por el documento
WO-A-9211706.
También se han propuesto muchas técnicas para
estimar la diferencia de frecuencia entre la referencia de
frecuencia de la estación remota y la frecuencia portadora de la
estación base. Una de esas técnicas está descrita en la Solicitud
de Patente Americana número 08/971,666, comúnmente nombrada,
presentada el 17 de noviembre de 1.997 e incorporada en este
documento como referencia. Este método de estimación usa las
diferencias de fases entre muestras consecutivas de una señal de
sincronización de frecuencia detectada para estimar el
desplazamiento de frecuencia. Un ejemplo para la detección del
Ráfaga de Frecuencia (FB) para un sistema GSM está descrita en
"Frame Synchronisation and Frecuency-Carrier
Estimation for GSM Mobile Communications" por G. Chaebit y D.
Cooper.
Para estimar de forma exacta el desplazamiento
de frecuencia y, así, sintonizar la estación remota con la
frecuencia portadora de la estación base, es importante conocer la
posición real de la señal de sincronización de frecuencia entre los
datos recibidos por la estación remota, por ejemplo, dónde ocurre
una FCB en una trama. En otras palabras, la señal usada en la
estimación del desplazamiento de frecuencia puede no corresponder
enteramente con la señal de sincronización de frecuencia, lo cual
puede tener como resultado una sintonización menor que la óptima.
Así, hay una necesidad de determinar la posición de una señal de
sincronización de frecuencia detectada entre los datos recibidos por
un receptor.
Es por ello un objeto de la presente invención
determinar la posición de una señal de sincronización de frecuencia.
De acuerdo con un aspecto de la presente invención, se proporciona
un método para determinar la posición de una señal de
sincronización de frecuencia entre los datos transmitidos desde un
transmisor y recibidos por un receptor de un sistema de
comunicaciones, comprendiendo el método los pasos de: a) calcular un
valor pico que representa una señal transmitida desde el transmisor
y detectada por el receptor; b) estimar el desplazamiento de
frecuencia entre la frecuencia portadora del transmisor y una
referencia de frecuencia del receptor; c) estimar un factor de
calidad usando el desplazamiento de frecuencia estimada; y d)
determinar si el valor pico y el factor de calidad satisfacen las
condiciones umbral de pico y calidad predeterminadas; e) cuando se
cumplen las dos condiciones predeterminadas, almacenar el valor
pico, el desplazamiento de frecuencia y el factor de calidad y
repetir los pasos a)-d); y f) cuando alguna de las
condiciones umbral no se cumple, determinar la posición de la señal
de sincronización de frecuencia como la posición de un valor pico
almacenado y un factor de calidad almacenado.
Las características, objetos y ventajas de la
invención se pondrán de manifiesto leyendo esta descripción en
conjunto con los dibujos que acompañan, en los cuales los números de
referencia iguales se refieren a elementos iguales, y en los
cuales:
la Figura 1 ilustra un sistema de comunicaciones
en el que puede implementarse la presente invención;
la Figura 2 ilustra un ejemplo de aparato para
detectar una señal de sincronización de frecuencia;
la Figura 3 ilustra un ejemplo de método para
detectar una señal de sincronización de frecuencia;
la Figura 4 ilustra un ejemplo de aparato para
estimar un desplazamiento de frecuencia y un factor de calidad;
la Figura 5A ilustra un ejemplo de método para
estimar un desplazamiento de frecuencia;
la Figura 5B ilustra un ejemplo de método para
estimar un factor de calidad;
la Figura 6A ilustra un ejemplo de aparato para
determinar la posición de una señal de sincronización de
frecuencia;
la Figura 6B es una representación gráfica de
valores pico, valores de factor de calidad y desplazamientos de
frecuencia en el tiempo; y
la Figura 7 ilustra un ejemplo de método para
determinar la posición de una señal de sincronización de
frecuencia.
Con propósito ilustrativo, la descripción que
sigue está dirigida a un sistema de comunicaciones por radio que
cumple con el estándar GSM. Se entenderá que esta invención no está
limitada a éste sino que es aplicable a otros tipos de sistemas de
comunicaciones que empleen estándares diferentes.
La Figura 1 ilustra un ejemplo de sistema de
comunicaciones en el que se puede implementar la presente invención.
El sistema incluye al menos un transmisor 100 y al menos un
receptor 150. Aunque el transmisor 100 y el receptor 150 están
representados en la Figura 1 como una estación base y una estación
móvil, respectivamente, se apreciará que el transmisor puede
implementarse de muchas maneras, por ejemplo como un repetidor
terrestre o satélite, y el receptor puede implementarse de muchas
maneras, por ejemplo como un terminal celular fijo (lazo local
inalámbrico). En la Figura 1 se representan y en la descripción
siguiente se describen una estación base y una estación móvil sólo
con propósito ilustrativo.
La estación base 100 y la estación móvil 150 se
comunican por vía de una interfaz aérea 125 de radio. Cada una de
las estaciones base 100 vecinas tiene asignada una frecuencia
portadora específica y cada estación base 100 asigna franjas de
tiempo específicas para cada estación móvil 150.
Para comunicarse con una estación base 100, una
estación móvil 150 debe estar sincronizada en tiempo y frecuencia
con la estación base. En otras palabras, la referencia de frecuencia
y la referencia de tiempo de la estación móvil 150 debe
sincronizarse con la frecuencia portadora asignada a la estación
base 100 y la(s) franja(s) de tiempo
asignada(s)
por la estación base, respectivamente. En un sistema CDMA, la estación móvil 150 debe sincronizarse con la frecuencia portadora de la estación base y con las palabras de código transmitidas.
por la estación base, respectivamente. En un sistema CDMA, la estación móvil 150 debe sincronizarse con la frecuencia portadora de la estación base y con las palabras de código transmitidas.
Para sincronizar la estación móvil 150, la
estación base 100 transmite una señal de sincronización de
frecuencia a la estación móvil. Por ejemplo, en sistemas que
emplean el estándar GSM, la estación base 100 modula su frecuencia
portadora con una FCB para formar una señal de sincronización de
frecuencia.
La estación móvil 150 recibe y demodula las
señales transmitidas desde la estación base 100 que incluyen la
señal de sincronización de frecuencia. De acuerdo con un ejemplo de
realización, la señal de sincronización de frecuencia puede ser
detectada por cualquiera de diferentes métodos, varios de los cuales
están descritos en la Solicitud de Patente Americana antes
mencionada y titulada "Method and Apparatus for Detecting a
Frequency Synchronization Signal". Con propósito ilustrativo, se
describirá uno de los métodos descritos en esta solicitud de
patente.
La semejanza de las componentes en fase y en
cuadratura de la señal de sincronización de frecuencia recibida
puede usarse para detectar la señal de sincronización de frecuencia,
por ejemplo, la FCB.
Las componentes en fase y en cuadratura de la
señal de sincronización y(n) recibida pueden representarse
como:
\hskip1,7cm
donde \surdP, \DeltaF,
v_{I}(n) y v_{Q}(n) representan, respectivamente,
la amplitud de la portadora, el desplazamiento de frecuencia entre
la frecuencia de referencia y la frecuencia portadora F_{S}, la
componente de ruido en fase y la componente de ruido en
cuadratura.
Si la estación móvil está sincronizada con la
estación base, es decir \DeltaF=0, cada período de la sinusoide
de la FCB contiene cuatro muestras. Además, las componentes
y_{I}(n) e y_{Q}(n) de la FCB están desfasadas en
\pi/2 y por ello se diferencian entre sí en una muestra. Así, para
una señal recibida correspondiente a una FCB, y_{Q}(n)
puede obtenerse retrasando y_{I}(n) en un índice de
tiempo.
Si la estación móvil no está sincronizada con la
estación base, es decir \DeltaF\neq0, entonces y_{Q}(n)
no es igual a y_{I}(n-1), ya que:
Para una señal correspondiente a una FCB, la
correlación cruzada de y_{I}(n-1) e
y_{Q}(n) produce el siguiente valor de correlación cruzada
r_{IQ}(1):
Como puede verse a partir de la ecuación 4, la
correlación cruzada de y_{I}(n-1) e
y_{Q}(n) da como resultado un pico siempre que la señal
recibida corresponde a una FCB. La magnitud del pico depende de la
amplitud de la portadora y del desplazamiento de frecuencia
\DeltaF. Según crece \DeltaF, la magnitud del pico decrece. Si
se recibe una señal que corresponde, por ejemplo, a una NB o a un
ruido, no hay correlación entre y_{I}(n-1)
e y_{Q}(n). Así, determinando si el valor de correlación
cruzada tiene un pico que es al menos tan grande como un umbral de
detección predeterminado, puede determinarse si la señal transmitida
desde la estación base corresponde a una FCB o no.
Hay varios problemas potenciales a tener en
consideración cuando se implementa la correlación cruzada para
detectar la FCB. Un problema es la variación de la amplitud de la
portadora debida tanto al desvanecimiento de la señal como a las
pérdidas por propagación. La variación de la amplitud de la
portadora afecta al valor pico de la Ecuación 4 y hace difícil
seleccionar un umbral de detección.
Para reducir el efecto de la variación de la
amplitud de la portadora, los datos entrantes y(n) pueden ser
normalizados convirtiendo la señal recibida y(n) del dominio
Cartesiano al dominio Polar y reconvirtiendo luego la señal otra
vez al dominio Cartesiano. Esto puede implementarse con dos tablas,
una para la conversión del dominio Cartesiano al dominio Polar y la
otra para la conversión del dominio Polar al dominio Cartesiano. La
normalización es ejecutada usando la primera tabla para obtener la
fase de la señal correspondiente a las componentes en fase y en
cuadratura de la señal recibida y la segunda tabla para obtener las
componentes en fase y en cuadratura normalizadas de la fase de la
señal y de la amplitud unidad.
De cara a detectar la FCB usando la técnica de
la correlación cruzada descrita arriba, debe determinarse primero
la cantidad en el lado derecho de la Ecuación 4. Una manera para
determinar este valor es estimar el valor de correlación cruzada
r_{IQ}(1) como sigue:
donde e{r_{IQ}(1)}
representa un valor de correlación cruzada estimado y
longitud(\Psi) corresponde a la longitud de la FCB, es
decir, el número de símbolos de la FCB. Con ello, multiplicando
y_{I}(n-1) por y_{Q}(n) para cada
una de varias muestras de la señal recibida que corresponden a la
longitud de una FCB y hallando la media de estos productos, se puede
estimar el valor de correlación cruzada de la Ecuación
4.
Para reducir la cantidad de memoria requerida
para hallar esta media, el método de estimación de la Ecuación 5
puede ser modelado como un proceso de Media Móvil (MA) con la
función de transferencia:
donde todos los coeficientes
{b_{k}} son iguales a 1/148. Este proceso MA puede implementarse
con un filtro con una memoria de 148 muestras de
longitud.
El proceso MA puede ser reescrito como un
proceso Autorregresivo (AR) que tiene la función de
transferencia:
donde A(z) es un polinomio
de orden menor que B(z) y R(z) es un término
remanente. La cantidad del término remanente R(z), también
considerado como una desviación, depende de lo cerca que se aproxime
1/A(z) a B(z). Idealmente, 1/A(z) no debe
desviarse significativamente de B(z) y la desviación
R(z) debe ser pequeña. La Ecuación 7 puede ser
aproximadamente como
sigue:
donde 0 < \alpha < 1 y la
constante C se usa para ajustar a la unidad la ganancia en z=0. Una
sencilla elección para \alpha es
1 - 1/128. El beneficio de tener \alpha relacionado con una potencia de 2 es que la división por 128 puede implementarse con un simple desplazamiento a la derecha de siete bits. La aproximación de la Ecuación 8 es una media exponencial que puede ser implementada con un filtro que tenga una memoria de aproximadamente (1-\alpha)^{-1} = 128 muestras de longitud.
1 - 1/128. El beneficio de tener \alpha relacionado con una potencia de 2 es que la división por 128 puede implementarse con un simple desplazamiento a la derecha de siete bits. La aproximación de la Ecuación 8 es una media exponencial que puede ser implementada con un filtro que tenga una memoria de aproximadamente (1-\alpha)^{-1} = 128 muestras de longitud.
La Figura 2 ilustra un ejemplo de aparato para
detectar una señal de sincronización de frecuencia. El aparato
incluye un Normalizador 210 en el cual las componentes en fase y en
cuadratura y_{I}(n) e y_{Q}(n) de una señal
y(n) recibida desde la estación base son introducidas en un
tiempo n dado. Estas componentes pueden obtenerse de acuerdo con
cualquier técnica aplicable, del tipo de la descrita en la Patente
Americana número 5,276,706 asignada a Critchlow.
El Normalizador 210 normaliza las componentes
y_{I}(n) e y_{Q}(n) reduciendo con ello los
efectos de, por ejemplo, el desvanecimiento de señal. Como se
muestra en la Figura 2 y se describió más arriba, el Normalizador
210 puede ser implementado con tablas de conversión. La componente
en fase normalizada es pasada a través de un Retardo 220 y retardada
en una muestra. La componente en fase retardada y la componente en
cuadratura normalizada son "desrotadas", es decir, desplazadas
a la banda base, en un Desrotador 222, filtradas en paso bajo en un
Filtro de Paso Bajo 225 para quitar el ruido de fondo y rotadas, es
decir, desplazadas a la frecuencia central, en el Rotador 227.
Entonces, las componentes son multiplicadas juntas por el
multiplicador 230 y promediadas, por ejemplo por un Promediador
245, para producir un valor de correlación cruzada estimado
e{r_{IQ}(1)}. El Promediador 245 puede ser implementado
con, por ejemplo, un Promediador de Media Móvil que tenga la función
de transferencia:
que corresponde a la sustitución de
C=1/128 y \alpha=1 - 1/128 en la Ecuación 8. El Promediador de
Media Móvil puede ser implementado con un Filtro Paso Bajo, lo que
hace este método menos complicado que promediar con un Filtro FIR.
Si el valor de correlación cruzada estimado tiene un pico que es, al
menos, tan grande como un umbral de detección predeterminado,
entonces la señal transmitida desde la estación base corresponde a
una
FCB.
Aunque el filtro de secuencia selectivo mostrado
en la Figura 2 está dispuesto entre el Retardo 220 y el
Multiplicador 230, debe entenderse que el filtro de frecuencia
selectivo puede disponerse en cualquier otro lugar adecuado, por
ejemplo, frente al Normalizador 210.
El valor de correlación cruzada estimado
e{r_{IQ}(1)} puede usarse en lugar del valor de correlación
cruzada real r_{IQ}(1) para determinar el desplazamiento
de frecuencia entre la frecuencia portadora de la estación base y la
referencia de frecuencia de la estación móvil.
La Figura 3 ilustra un ejemplo de método para
detectar una señal de sincronización de frecuencia. El método
comienza en el paso 310 en el cual las componentes en fase (I) y en
cuadratura (Q) de una señal recibida son normalizadas. En el paso
320, las componentes I y Q normalizadas son filtradas para quitar el
ruido de entorno. Luego, en el paso 330, la componente I
normalizada y filtrada es retardada. El orden de los pasos 320 y 330
puede ser invertido, es decir, las componentes I y Q normalizadas
pueden ser filtradas después de que la componente I sea retardada.
En el paso 340, la componente Q normalizada y filtrada es
multiplicada por la componente I normalizada, filtrada y retardada.
En el paso 350, se hace una determinación de si estas componentes
han sido multiplicadas para un número determinado de muestras de la
señal recibida, por ejemplo, un número de muestras que corresponda
con la longitud de la FCB. Si no, el proceso vuelve al paso 310.
Cuando las componentes han sido multiplicadas para un número
determinado de muestras, los productos de la multiplicación son
uniformizados, por ejemplo, promediados, en el paso 360 para
producir un valor de correlación cruzada estimado. En el paso 370,
se hace una determinación de si el resultado es mayor que un umbral
predeterminado. Si no, la señal detectada no corresponde a una
señal de sincronización de frecuencia y el método vuelve al paso
310. Si el valor estimado de correlación cruzada es mayor que un
umbral predeterminado, la señal detectada corresponde a una señal de
sincronización de frecuencia y el proceso de detección finaliza en
el paso 380. La señal de sincronización de frecuencia detectada
puede usarse para estimar el desplazamiento de frecuencia de la
señal de sincronización de frecuencia recibida y la estación móvil
puede ser sincronizada con la estación base en el desplazamiento de
frecuencia estimado. Una vez que la estación móvil es sincronizada
con la estación base, el método mostrado en la Figura 3 puede
repetirse para mantener la sincronización.
De acuerdo con un ejemplo de realización, el
desplazamiento de frecuencia entre la referencia de frecuencia de
la estación móvil y la frecuencia portadora de la estación base
puede estimarse por cualquiera de diferentes métodos, incluyendo
los descritos en la Solicitud de Patente Americana número 08/971,666
antes mencionada. Para propósitos ilustrativos, se describirá uno
de los métodos descritos en esta solicitud.
Para una relación señal-ruido
(SNR) igual a P/\sigma^{2}_{\nu}>>1, la fase de la señal
de sincronización y(n) recibida real, con la fase inicial
\theta puesta a cero, puede representarse como:
donde \nu_{\phi}(n)
representa el ruido de fase blanco Gaussiano de media
nula.
Asumiendo que hay un desplazamiento de
frecuencia \DeltaF de la señal y(n) recibida real, la
Ecuación 10 puede reescribirse como:
que corresponde a una línea recta
con una pendiente de 2\pi(\DeltaF/F_{s}+1/4) con ruido
blanco. Así, la estimación del desplazamiento de frecuencia
\DeltaF se relaciona con la estimación de la pendiente de la
Ecuación 11. Sustrayendo el factor conocido 2\pi/4, esta pendiente
puede estimarse usando el método de la regresión lineal minimizando
la siguiente suma de errores
cuadráticos:
donde e{\DeltaF} representa el
desplazamiento de frecuencia estimado y
\Phi(n)=\Phi_{y}(n)-2\pi/4.
Este valor estimado es la estimación de la Máxima Verosimilitud (ML)
si el ruido \nu_{\phi}(n) es
Gaussiano.
El conjunto de índices de tiempo \Psi depende
de la elección del tiempo inicial n_{0}. Es conveniente escoger
n_{0} de forma que el conjunto de índices \Psi sea asimétrico,
por ejemplo, \Psi={-(N_{0}-1)/2, ..., 0, ...,
(N_{0}-1)/2} donde el número de muestras N_{0}
es impar. Empleando este conjunto de índices, el desplazamiento de
frecuencia puede estimarse como:
Para reducir la cantidad de memoria requerida
para estimar el desplazamiento de frecuencia, las N_{0} muestras
de la FCB pueden agruparse en N grupos de M diferencias de fase cada
uno y, luego, la suma de cada grupo puede ser calculada. En otras
palabras, para estimar el desplazamiento de frecuencia se pueden
usar sumas de bloques de diferencias de fase entre muestras
recogidas consecutivamente de la señal de sincronización de
frecuencia detectada mejor que diferencias de fase individuales
entre muestras recogidas consecutivamente. Esto reduce el número de
cálculos requeridos para la estimación del desplazamiento de
frecuencia.
Segmentando las muestras de fase de la FCB en
diferentes bloques, la suma de la Ecuación 13 se expresa como
sigue:
donde N y M son el número de
bloques y el número de muestras de cada bloque, respectivamente. El
número total de muestras es
N_{0}=NM.
El lado derecho de la Ecuación 14 puede ser
aproximado fijando 115 como 116
Introduciendo la suma de fases de bloques 117 la
Ecuación 14 puede ser entonces aproximada como:
Sustituyendo esta expresión en la Ecuación 13,
el desplazamiento de frecuencia \DeltaF_{M} puede estimarse
como:
Para reducir más la cantidad de memoria
requerida, el método de la regresión lineal puede modificarse para
compensar las variaciones de fase sin tener que desplazar cada
muestra y mantener registro del desplazamiento de la fase en la
memoria. Las diferencias de fase entre muestras recogidas
consecutivamente de la FCB pueden usarse para este propósito.
Las sumas de fase sucesivas
\Phi_{M}(k) están relacionadas entre sí como sigue:
\newpage
Ya que las muestras de fase son equidistantes,
\Phi_{M}(k) está relacionada con su valor inicial
\Phi_{M}(k_{0}) y la suma \Phi_{M}(j) de las
diferencias de fase entre las muestras recogidas consecutivamente de
la FCB como sigue:
Sustituyendo el resultado de la Ecuación 18 para
\Phi_{M}(k) en la Ecuación 16, la frecuencia de
desplazamiento e{\DeltaF_{M}} puede estimarse como:
El valor inicial de fase,
\Phi_{M}(k_{0}) no tiene influencia alguna en la
Ecuación 19 ya que
\hskip0,1cm
Hay diferentes perturbaciones que afectan la
estimación del desplazamiento de frecuencia, por ejemplo ruido,
desvanecimiento de señal, etc. Si el desplazamiento de frecuencia
estimado no es exacto, la referencia de frecuencia de la estación
móvil no será sincronizada adecuadamente con la frecuencia portadora
de la estación base. Así, es importante ser capaz de determinar la
exactitud del desplazamiento de frecuencia estimado de forma que
pueda ser ajustado si fuera necesario.
La Solicitud de Patente Americana número
08/971,666 describe una técnica para estimar un factor de calidad
\delta que indica la exactitud del desplazamiento de frecuencia
estimado. El factor de calidad estimado e{\delta} puede ser
calculado, por ejemplo, sumando los valores absolutos de las
diferencias entre cada una de las N sumas de M diferencias de fase
y el desplazamiento estimado de frecuencia e{\DeltaF_{M}}, como
sigue:
Idealmente, estas diferencias y con ellas el
factor de calidad estimado e{\delta} resultante, deberían ser
cero. Cualquier desviación indica la presencia de ruido y/o un error
de estimación. Por ello, cuanto más bajo sea el valor del factor de
calidad estimado e{\delta}, más exacto será el desplazamiento de
frecuencia estimado.
La Figura 4 ilustra un ejemplo de aparato para
estimar un desplazamiento de frecuencia y un factor de calidad.
Como se muestra en la Figura 4, una señal de sincronización de
frecuencia detectada y(n) es normalizada en el Normalizador
400 que limita el rango dinámico de la señal detectada. El
Normalizador 400 puede implementarse con tablas de la misma manera
que el Normalizador 210 mostrado en la Figura 2. Para obtener una
estimación óptima del desplazamiento de frecuencia, idealmente
deberían usarse sólo muestras de la FCB. Así, la señal recibida
puede ser prefiltrada en un filtro selectivo de frecuencias para
seleccionar la banda de frecuencias que se corresponde con la FCB
para discriminar la FCB del ruido y con ello aumentar la relación
señal-ruido.
La señal recibida puede ser desplazada desde la
frecuencia central de 67,7 kHz a la banda base mediante un
Desplazador 410 y entonces la señal desplazada puede ser filtrada en
paso bajo en un Filtro Paso Bajo 420. El Desplazador 410 puede ser
implementado como un Derrotado 222 como se muestra en la Figura 2.
La fase \Phi_{yLP}(n) de la señal filtrada
y_{LP}(n) es medida entonces en el Circuito Medidor de Fase
430. La diferencia de fase \Delta\Phi_{y}(n) entre
muestras recogidas consecutivamente de la señal de sincronización de
frecuencia recibida y demodulada se calcula de una manera conocida
en el Diferenciador 440. El Diferenciador 440 puede implementarse
de forma conveniente mediante, por ejemplo, un filtro paso alto.
Cada diferencia de fase es sumada a las diferencias de fase previas
acumuladas por el Circuito de Suma y Descarga 450. El Circuito de
Suma y Descarga 450 puede implementarse mediante un sumador y un
filtro, del tipo del Filtro FIR, con los coeficientes M fijados en
la unidad. Alternativamente, las diferencias de fase pueden ser
sumadas mediante otros dispositivos, por ejemplo, un circuito
integración y descarga, un integrador reajustable a cero o un
filtro paso bajo. Cuando se han sumado M diferencias de fase, la
suma se "descarga", es decir, es enviada
por el Circuito de Suma y Descarga 450 a un Circuito de Estimación del Desplazamiento de Frecuencia 460.
por el Circuito de Suma y Descarga 450 a un Circuito de Estimación del Desplazamiento de Frecuencia 460.
El Circuito de Estimación del Desplazamiento de
Frecuencia 460 calcula una suma ponderada de grupos de diferencias
de fase entre muestras recogidas consecutivamente de la señal de
sincronización de frecuencia detectada para estimar el
desplazamiento de frecuencia, compensando con ello las variaciones
de fase entre muestras recogidas consecutivamente de la señal de
sincronización de frecuencia, es decir, ejecutando un
desenvolvimiento de fase, sin requerir una memoria para conservar
registro de los desplazamientos de fase. El Circuito de Estimación
del Desplazamiento de Frecuencia 460 puede implementarse con un
filtro FIR con elementos de retardo, acumuladores y coeficientes
c_{k} donde:
y
Como se muestra en la Figura 4, un Circuito de
Estimación del Factor de Calidad 470 calcula el factor de calidad
estimado e{\delta} de acuerdo con la Ecuación 22 anterior. Si el
factor de calidad estimado e{\delta} indica que el desplazamiento
de frecuencia estimado no es suficientemente exacto, es decir, el
factor de calidad es mayor que un umbral predeterminado, el
desplazamiento de frecuencia estimado puede ser ajustado, por
ejemplo, calculado de nuevo.
El Circuito de Estimación del Factor de Calidad
470 puede implementarse con N restadores para calcular N diferencias
entre cada uno de los N grupos de M diferencias de fase y el
desplazamiento de frecuencia estimado, N circuitos de valor
absoluto para calcular los valores absolutos de las N diferencias y
un sumador para sumar los N valores absolutos para producir el
factor de calidad estimado e{\delta}. Aunque se muestra como un
elemento separado del Circuito de Estimación del Desplazamiento de
Frecuencia 460 por facilidad de representación, debe entenderse que
el Circuito de Estimación del Factor de Calidad 470 y el Circuito de
Estimación del Desplazamiento de Frecuencia 460 pueden combinarse en
un dispositivo único.
La Figura 5A ilustra un ejemplo de método para
estimar el desplazamiento de frecuencia. El método comienza en el
paso 500, en el que una señal recibida se prefiltra para mejorar la
detección de una señal de sincronización de frecuencia. Después, en
el paso 510, se recoge una muestra de la señal de sincronización de
frecuencia detectada. En el paso 520, se recoge una muestra
consecutiva. En el paso 530, se calcula la diferencia de fase entre
las muestras recogidas consecutivamente. Después, en el paso 540, la
diferencia de fase es sumada a otras diferencias de fase
acumuladas. En el paso 550, se hace una determinación de si se han
sumado M diferencias de fase. Si no, el proceso vuelve al paso 520.
Si se han sumado M diferencias de fase, la suma de las M diferencias
de fase se descarga en el paso 560. Después, en el paso 570, se
hace una determinación de si se han descargado N sumas de M
diferencias de fase. Si no, el proceso vuelve al paso 510 y se
recoge una nueva muestra. Si es sí, las N sumas son sumadas en el
paso 580. De acuerdo con un ejemplo de realización, este paso puede
ser ejecutado calculando una media ponderada de las N sumas, usando
por ejemplo una regresión lineal, y el resultado es el
desplazamiento de frecuencia estimado.
La Figura 5B ilustra un ejemplo de método para
estimar un factor de calidad. El proceso arranca después de que se
ha estimado el desplazamiento de frecuencia. En el paso 590, el
desplazamiento de frecuencia estimado, ponderado por M, se resta de
cada una de las N sumas de M diferencias de fase. Después, en el
paso 600, se calculan los valores absolutos de las N diferencias.
Finalmente, en el paso 610, se suman los N valores absolutos para
producir el factor de calidad estimado.
Técnicas del tipo de la descrita arriba usan la
señal de sincronización de frecuencia detectada para estimar el
desplazamiento de frecuencia entre la frecuencia portadora de la
estación base y la referencia de frecuencia de la estación móvil.
Es importante conocer la posición de la señal de sincronización de
frecuencia entre los datos recibidos en la estación móvil de forma
que la estimación sea ejecutada usando la señal de sincronización de
frecuencia real y no otros datos.
De acuerdo con un ejemplo de realización, la
posición de la señal de sincronización de frecuencia puede
determinarse basándose en una señal de sincronización de frecuencia
detectada, sincronizada con un desplazamiento de frecuencia
estimado y un factor de calidad. Este proceso puede ejecutarse en un
aparato del tipo del mostrado en la Figura 6A, el cual puede ser
incluido en un receptor, por ejemplo, una estación móvil.
Refiriéndose a la Figura 6A, el aparato incluye
memorias de estado 620 y 630. La memoria de estado 620 recibe una
señal que representa la señal de sincronización de frecuencia
detectada, por ejemplo el valor pico de correlación cruzada,
enviado por el Promediador de Media Móvil 245 (mostrado en la Figura
2), y los valores del desplazamiento de frecuencia y del factor de
calidad estimados enviados, por ejemplo, por el Estimador del
Desplazamiento de Frecuencia 460 y el Estimador del Factor de
Calidad 470 (mostrados en la Figura 4), respectivamente. Estos
valores son escritos en la memoria de estado 630.
Un método de estimación del desplazamiento de
frecuencia, del tipo del descrito en la Solicitud de Patente
Americana número 08/971,666, decima la relación de las muestras por
M para reducir el número de parámetros requeridos para la
estimación. Así, las relaciones del desplazamiento de frecuencia y
del factor de calidad estimados son un M-ésimo de la del valor pico
de correlación cruzada calculado. Para compensar esto, el aparato
de acuerdo con un ejemplo de realización incluye un Filtro 610 para
expandir las relaciones del desplazamiento de frecuencia y del
factor de calidad estimados por M. Además, una técnica de detección
de señal de sincronización de frecuencia, del tipo de la descrita
anteriormente, retarda la componente en fase, dando como resultado
un retardo en el valor pico de correlación cruzada. Para compensar
esto, el desplazamiento de frecuencia y el factor de calidad
estimados son retardados un tiempo n_{0} en la unidad Retardo 600
antes de su expansión de forma que estén sincronizados con el valor
pico de correlación cruzada. La unidad Retardo 600 puede
implementarse con, por ejemplo, una memoria tampón.
Cuando el desplazamiento de frecuencia y el
factor de calidad estimados son expandidos y sincronizados con el
valor pico calculado, se usa un procedimiento para determinar la
posición de la señal de sincronización de frecuencia buscando los
máximos y mínimos del valor pico de correlación cruzada y del factor
de calidad, respectivamente. Los puntos en los que ocurren dichos
máximos y mínimos corresponden a las posiciones de las señales de
sincronización de frecuencia. Esto se muestra en la Figura 6B.
La Figura 6B es una representación gráfica de
valores pico, factores de calidad y desplazamiento de frecuencia en
el tiempo. En la Figura 6B, el valor pico es el de un máximo mayor
que o igual al umbral de pico y el factor de calidad es el de un
mínimo menor que o igual al umbral de calidad en el tiempo n_{1}.
Este tiempo n_{1} corresponde a la posición de una señal de
sincronización de frecuencia. El desplazamiento de frecuencia
correspondiente se muestra en el tiempo n_{1}. Poco tiempo
después de este punto en el tiempo, las condiciones de umbral de
pico y calidad no se satisfarán, es decir, el valor pico será menor
que el umbral de pico y el factor de calidad será mayor que el
umbral de calidad. Entonces, el valor de pico máximo y el factor de
calidad mínimo en el tiempo n_{1} pueden usarse para indicar la
posición de la señal de sincronización de frecuencia.
Refiriéndose de nuevo a la Figura 6A, los
extremos locales, que incluyen los valores locales de pico,
frecuencia y calidad se almacenan en la memoria de estado 620. Los
valores locales de pico, frecuencia y calidad se corresponden con
el valor pico de correlación cruzada calculado, el desplazamiento de
frecuencia estimado y el factor de calidad estimado.
Los valores locales de pico, frecuencia y
calidad que están almacenados en la memoria de estado 620 son
escritos en la memoria de estado 630, por ejemplo la unidad Retardo
635, y luego son leídos de la memoria de estado 630. El valor pico
de correlación cruzada y el valor del factor de calidad se comparan,
respectivamente, con los umbrales de pico y calidad
predeterminados, por ejemplo, en el Circuito de Comparación 625.
Cuando ambas condiciones de umbral se satisfacen, es decir, el
valor pico de correlación cruzada es mayor que o igual al umbral de
pico y el valor del factor de calidad es menor que o igual al umbral
de calidad, se hace una determinación, por ejemplo en el Circuito
de Comparación 625, de si el valor pico de correlación cruzada leído
de la unidad Retardo 635 es menor que un valor pico calculado
consecutivo almacenado en la misma memoria 620. Si el valor pico de
correlación cruzada es menor que el valor pico consecutivo, los
valores locales de pico, frecuencia y calidad son actualizados con
los valores extremos consecutivos correspondientes.
Las posiciones de los valores pico también se
estiman en relación unas con otras usando un Contador 627 de la
memoria de estado 620. El Contador 627 cuenta el número de valores
de entrada, por ejemplo desde el Promediador de Media Móvil 245
(mostrado en la Figura 2), y desde el Estimador de Desplazamiento de
Frecuencia 460 y el Estimador de Factor de Calidad 470 (mostrados
en la Figura 4) y es puesto a cero cuando se detecta una señal de
sincronización de frecuencia. El valor de conteo se almacena en la
memoria de estado 630, por ejemplo en la unidad Retardo 635.
Cuando alguna de las condiciones de umbral
predeterminadas no se satisface, es decir, el valor pico de
correlación cruzada es menor que el umbral de pico o el valor del
factor de calidad es mayor que el umbral de calidad, se hace una
determinación, por ejemplo en el Circuito de Comparación 625, de si
el valor pico local no es igual a cero. Si el valor pico local no
es cero, esto indica que se ha detectado la señal de sincronización
de frecuencia. Con ello, los valores extremos locales son escritos
como valores extremos globales, por ejemplo en un registrador, y se
asume que se ha detectado una señal de sincronización de frecuencia
que tiene el pico y la calidad globales. Los valores extremos
locales son después de esto puestos a cero. El desplazamiento de
frecuencia estimado correspondiente también se considera que es el
desplazamiento de frecuencia entre la referencia de frecuencia de
la estación móvil y la frecuencia portadora de la estación base.
Este desplazamiento de frecuencias se usa para sintonizar la
frecuencia de la estación móvil con la frecuencia portadora de la
estación base.
La Figura 7 ilustra un ejemplo de método para
determinar la posición de una señal de sincronización de frecuencia.
El método comienza en el paso 700 en el cual los valores de pico,
frecuencia y calidad son leídos de la memoria de estado 620. En el
paso 705, los valores locales de pico, frecuencia y calidad son
leídos de la memoria de estado 630, por ejemplo de la unidad
Retardo 635. En el paso 710, se lee el valor del contador de la
memoria de estado 630, por ejemplo de la unidad Retardo 635. En el
paso 715, se actualiza el valor del contador sumando uno al valor
del contador en el Circuito Contador 627. En el paso 720, los
valores globales de pico, frecuencia y calidad son puestos a
cero.
En el paso 730, se hace una determinación de si
el valor pico de correlación cruzada es mayor que o igual a un
umbral de pico predeterminado y de si el valor del factor de calidad
estimado es menor que o igual a un umbral de calidad
predeterminado. Si alguna de estas condiciones no se satisface, se
hace una determinación de si el valor de pico local no es igual a
cero en el paso 735. Si, en el paso 735, el valor de pico local no
es igual a cero, esto indica que el valor de pico local es un valor
máximo. Con ello, los valores extremos globales son establecidos
iguales a los valores locales en el paso 745, los valores locales de
pico, frecuencia y factor de calidad son puestos a cero en el paso
750 y los valores globales son escritos en un registrador en el
paso 755. Los valores globales se usan para sintonizar la referencia
de frecuencia de la estación móvil con la frecuencia de la estación
base.
Si, en el paso 730, se determina que el valor
pico de correlación cruzada es mayor que o igual al umbral de pico
y el valor de factor de calidad estimado es menor o igual que el
umbral de calidad, se hace una determinación de si el valor pico
consecutivo leído de la memoria 620 es mayor que el valor de pico
local leído de la memoria de estado 630 en el paso 760. Si es así,
los valores locales de pico, frecuencia y factor de calidad se
actualizan en el paso 765 y el contador es puesto a cero en el paso
775.
Desde los pasos 735, 755 y 775 el proceso se
dirige al paso 780 en el cual el valor del contador se escribe en
la memoria de estado 630. En el paso 785, los valores locales de
pico, retardo, desplazamiento de frecuencia y factor de calidad son
escritos en la memoria de estado 630 y el proceso vuelve al paso
700.
De acuerdo con la presente invención, se
proporcionan un método, un aparato y un sistema para determinar la
posición de una señal de sincronización de frecuencia entre los
datos transmitidos por un transmisor y recibidos por un receptor.
Esto asegura la sintonización óptima del receptor con la frecuencia
portadora del transmisor.
Aunque se ha descrito en una aplicación para un
sistema GSM y un sistema CTS, se apreciará por los entendidos en la
técnica que esta invención puede ser realizada de otras formas
específicas sin salir de su carácter esencial. Por ejemplo, la
invención es aplicable a otros sistemas de comunicación móviles, por
ejemplo, sistemas que empleen el estándar Sistema Celular Digital
(DCS) o el estándar Servicio Comunicaciones Personales (PCS) o
cualquier otro sistema en el que haya necesidad de detectar una
señal de sincronización de frecuencia. Las realizaciones descritas
anteriormente deben ser consideradas, por ello, a todos los efectos
como ilustrativas y no restrictivas.
Claims (27)
1. Un método para determinar la
posición de una señal de sincronización de frecuencia entre los
datos transmitidos desde un transmisor y recibidos por un receptor
de un sistema de comunicaciones, comprendiendo el método los pasos
de:
a) calcular un valor pico que representa
una señal transmitida desde el transmisor y detectada por el
receptor;
b) estimar un desplazamiento de
frecuencia entre la frecuencia portadora del transmisor y una
referencia de frecuencia del receptor;
c) estimar un factor de calidad usando el
desplazamiento de frecuencia estimado;
d) determinar si el valor pico y el
factor de calidad satisfacen las condiciones umbral de pico y
calidad predeterminadas;
e) cuando se satisfacen las dos
condiciones predeterminadas dichas, almacenar el valor pico, el
desplazamiento de frecuencia y el factor de calidad y repetir los
pasos a)-d); y
f) cuando alguna de las condiciones
umbral no se satisface, determinar la posición de la señal de
sincronización de frecuencia como la posición de un valor pico
almacenado y un factor de calidad almacenado.
2. El método de la reivindicación 1,
en el que el paso de determinar comprende el determinar si el valor
pico es mayor que o igual al umbral de pico y si el valor del factor
de calidad es menor que o igual al umbral de calidad.
3. El método de la reivindicación 1,
en el que cuando alguna de las condiciones umbral predeterminadas
no se satisface, la posición de la señal de sincronización de
frecuencia se corresponde con la posición de un valor de pico máximo
almacenado y un factor de calidad mínimo almacenado.
4. El método de la reivindicación 1,
que comprende, además:
cuando las dos condiciones umbral se satisfacen,
determinar si un valor de pico calculado consecutivo supera el
valor de pico almacenado y actualizar el valor de pico almacenado,
el desplazamiento de frecuencia y el factor de calidad con los
valores consecutivos si el valor de pico consecutivo supera el valor
de pico almacenado.
5. El método de la reivindicación 1,
que comprende, además, un paso de sincronizar el desplazamiento de
frecuencia y el factor de calidad con el valor de pico.
6. El método de la reivindicación 1,
en el que el paso de calcular el valor de pico comprende:
retardar la componente en fase de una señal
recibida;
calcular los productos de la componente en fase
y la componente en cuadratura para un número predeterminado de
muestras de las señales recibidas; y
uniformizar los productos de la componente en
fase retardada y la componente en cuadratura para producir un valor
pico de correlación cruzada.
7. El método de la reivindicación 1,
en el que el paso de estimar el desplazamiento de frecuencia
comprende:
g) determinar una diferencia de fase
entre muestras recogidas consecutivamente de la señal transmitida
desde el transmisor y detectada por el receptor;
h) añadir la diferencia de fase a las
diferencias de fase acumuladas;
i) repetir los pasos
g)-i) hasta que se han añadido M diferencias de
fase;
j) descargar la suma de las M
diferencias de fase acumuladas, dando como resultado cero
diferencias de fase acumuladas;
k) repetir los pasos
g)-j) hasta que se han descargado N sumas de M
diferencias de fase acumuladas; y
l) añadir las N sumas de M diferencias
de fase acumuladas para producir el desplazamiento de frecuencia
acumulado.
\newpage
8. El método de la reivindicación 7,
en el que el paso de estimar el factor de calidad comprende:
calcular N diferencias, cada una entre una de
las N sumas de las M diferencias de fase acumuladas y el
desplazamiento de frecuencia estimado;
calcular los valores absolutos de las N
diferencias; y
sumar los valores absolutos para producir el
factor de calidad estimado.
9. El método de la reivindicación 8,
que comprende, además, un paso de expandir el desplazamiento de
frecuencia y el factor de calidad por un factor M.
10. Un aparato para determinar la
posición de una señal de sincronización de frecuencia entre los
datos transmitidos desde un transmisor y recibidos en un receptor de
un sistema de comunicaciones, aparato que comprende:
un circuito de comparación (625) para determinar
si un valor pico calculado y un factor de calidad estimado
satisfacen condiciones umbral de pico y calidad predeterminadas;
y
una memoria (630), en la que cuando se
satisfacen las dos condiciones umbral predeterminadas dichas, el
valor pico y el factor de calidad se almacenan en la memoria y,
cuando algunas de las condiciones umbral no se satisface, la
posición de la señal de sincronización de frecuencia se corresponde
con la posición de un valor pico almacenado y un factor de calidad
almacenado.
11. El aparato de la reivindicación 10,
en el que el circuito de comparación determina si el valor pico es
mayor que o igual a un umbral de pico y si el factor de calidad es
menor que o igual a un umbral de calidad.
12. El aparato de la reivindicación 10,
en el que cuando alguna de las condiciones umbral predeterminadas
no se satisface, la posición de la señal de sincronización de
frecuencia se corresponde con la posición de un valor de pico
almacenado máximo y un valor de calidad almacenado mínimo.
13. El aparato de la reivindicación 10,
en el que cuando se satisfacen las dos condiciones umbral, el
circuito de comparación determina si un valor pico calculado
consecutivo supera el valor pico almacenado y, si lo hace, el valor
pico almacenado, el desplazamiento de frecuencia y el factor de
calidad almacenados en la memoria son actualizados con los valores
consecutivos.
14. El aparato de la reivindicación 10,
que comprende, además, medios para sincronizar el desplazamiento de
frecuencia y el factor de calidad con el valor pico.
15. El aparato de la reivindicación 10,
en el que el valor pico calculado se deriva de un sistema que
comprende:
un elemento de retardo para retardar la
componente en fase de la señal recibida;
un multiplicador para formar un producto de la
componente de fase retardada y la componente en cuadratura para un
número predeterminado de muestras de la señal recibida; y
un circuito para uniformizar los productos para
producir un valor pico de correlación cruzada estimado.
16. El aparato de la reivindicación 10,
en el que el desplazamiento de frecuencia estimado se deriva de un
sistema que comprende:
un diferenciador para calcular una diferencia de
fase entre muestras recibidas consecutivamente de una señal de
sincronización de frecuencia transmitida por el transmisor y
detectada por el receptor;
un sumador para sumar la diferencia de fase a
las diferencias de fase acumuladas, en el que se computan
diferencias de fase de muestra recogidas consecutivas y sumadas a
las diferencias de fase acumuladas hasta que se han sumado M
diferencias de fase, punto en el cual el sumador descarga la suma de
las M diferencias de fase, dando como resultado cero diferencias de
fase acumuladas; y
un circuito de estimación del desplazamiento de
frecuencia para recibir la suma descargada de M diferencias de fase,
en el que el diferenciador continúa calculando las diferencias de
fase de muestras recogidas consecutivamente y el sumador continúa
acumulando y sumando diferencias de fase y descargando la suma de M
diferencias de fase hasta que se han descargado N sumas de M
diferencias de fase, punto en el cual el circuito de estimación del
desplazamiento de frecuencia suma las N sumas de M diferencias de
fase para producir el desplazamiento de frecuencia estimado.
17. El aparato de la reivindicación 16,
en el que el factor de calidad se deriva de un sistema que
comprende:
N restadores para calcular N diferencias, cada
una de ellas una diferencia entre una de las N sumas de las M
diferencias de fase acumuladas y el desplazamiento de frecuencia
estimado;
N circuitos para calcular los valores absolutos
de las N diferencias; y
un sumador para sumar los N valores absolutos
para producir el factor de calidad estimado.
18. El aparato de la reivindicación 17,
que comprende, además, medios para expandir el desplazamiento de
frecuencia y el factor de calidad por un factor M.
19. Un sistema para determinar la
posición de una señal de sincronización de frecuencia entre los
datos transmitidos desde un transmisor y recibidos por un receptor,
que comprende:
medios (245) para el cálculo de un valor
pico;
medios (460) para la estimación de un
desplazamiento de frecuencia;
medios (470) para la estimación de un factor de
calidad;
medios (625) para determinar si el valor pico y
el factor de calidad satisfacen condiciones umbral de pico y calidad
predeterminadas; y
medios (630) para almacenar el valor pico y el
factor de calidad cuando se satisfacen las dos condiciones umbral
predeterminadas dichas, en los que cuando alguna de las condiciones
umbral predeterminadas no se satisface, la posición de la señal de
sincronización de frecuencia se corresponde con la posición de un
valor pico almacenado y un factor de calidad almacenado.
20. El sistema de la reivindicación 19,
en el que los medios para determinación determinan si el valor pico
es mayor que o igual a un umbral de pico y si el factor de calidad
es menor que o igual a un umbral de calidad.
21. El sistema de la reivindicación 19,
en el que la posición de la señal de sincronización de frecuencia se
corresponde con la posición de un valor de pico almacenado máximo y
un valor de calidad almacenado mínimo.
22. El sistema de la reivindicación 19,
en el que cuando se satisfacen las dos condiciones umbral, el
circuito de comparación determina si un valor pico calculado
consecutivo supera el valor pico almacenado y, si lo hace, el valor
pico almacenado, el desplazamiento de frecuencia y el factor de
calidad almacenados en la memoria son actualizados con valores
consecutivos.
23. El sistema de la reivindicación 19,
que comprende, además, medios para sincronizar el desplazamiento de
frecuencia y el factor de calidad con el valor pico.
24. El sistema de la reivindicación 19,
en el que los medios de cálculo del valor pico comprenden:
un elemento de retardo para retardar la
componente en fase de la señal recibida;
un multiplicador para formar un producto de la
componente de fase retardada y la componente en cuadratura para un
número predeterminado de muestras de la señal recibida; y
un circuito para uniformizar los productos para
producir un valor pico de correlación cruzada estimado.
25. El sistema de la reivindicación 19,
en el que los medios de estimación del desplazamiento de frecuencia
comprenden:
un diferenciador para computar una diferencia de
fase entre muestras recogidas consecutivas de una señal de
sincronización de frecuencia transmitida por el transmisor y
detectada por el receptor;
un sumador para sumar la diferencia de fase a
las diferencias de fase acumuladas, en el que se computan
diferencias de fase de muestra recogidas consecutivas y sumadas a
las diferencias de fase acumuladas hasta que se han sumado M
diferencias de fase, punto en el cual el sumador descarga la suma de
las M diferencias de fase, dando como resultado cero diferencias de
fase acumuladas; y
un circuito de estimación del desplazamiento de
frecuencia para recibir la suma descargada de M diferencias de
fase, en el que el diferenciador continúa calculando las diferencias
de fase de muestras recogidas consecutivas y el sumador continúa
acumulando y sumando diferencias de fase y descargando la suma de M
diferencias de fase hasta que se han descargado N sumas de M
diferencias de fase, punto en el cual el circuito de estimación del
desplazamiento de frecuencia suma las N sumas de M diferencias de
fase para producir el desplazamiento de frecuencia estimado.
26. El sistema de la reivindicación 25,
en el que los medios de estimación del factor de calidad
comprenden:
N restadores para calcular N diferencias, cada
una de ellas una diferencia entre una de las N sumas de las M
diferencias de fase acumuladas y el desplazamiento de frecuencia
estimado;
N circuitos para calcular los valores absolutos
de las N diferencias; y
un sumador para sumar los N valores absolutos
para producir el factor de calidad estimado.
27. El sistema de la reivindicación 25,
que comprende, además, medios para expandir el desplazamiento de
frecuencia y el factor de calidad por un factor M.
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