ES2286696T3 - Regeneracion de señales. - Google Patents
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Abstract
Un procedimiento de regeneración de una señal transmitida a distancia que comprende una corriente de símbolos modulada sobre una portadora de acuerdo con un estándar predeterminado, incluyendo el procedimiento las etapas de: a) recibir la señal transmitida a distancia que tiene características conocidas; estando el procedimiento caracterizado por b) determinar sincronización de tramas de la señal recibida; c) identificar las ubicaciones de secuencias dentro de la señal a partir de la sincronización de tramas; d) identificar la estructura de las secuencias; e) estimar valores de desplazamiento de fase en las ubicaciones de las secuencias; f) desmodular la corriente de símbolos usando los valores estimados de desplazamiento de fase y la estructura de las secuencias; y g) remodular la corriente de símbolos usando los valores de desplazamiento de fase.
Description
Regeneración de señales.
La presente invención se refiere a regeneración
de señales. Más específicamente, la invención se refiere a la
regeneración de una señal transmitida, particularmente, pero no
exclusivamente, del tipo de señales transmitidas por estaciones
base celulares, siendo usadas dichas señales en sistemas de redes
telefónicas móviles o celulares.
Los sistemas telefónicos móviles comprenden
normalmente una red de estaciones base. Las señales son
transmitidas a/desde teléfonos móviles de un usuario (abonado) para
proporcionar servicios telefónicos y otros servicios.
El intervalo operacional de las estaciones base,
en los sistemas de redes telefónicas móviles o celulares
anteriormente mencionados es típicamente de 10 a 20 kilómetros
(km).
Típicamente, tales señales transmitidas por
estaciones base son del orden de unas pocas decenas o incluso
centenares de vatios. La frecuencia de las señales está normalmente
en la zona de microondas bajas del espectro electromagnético,
típicamente alrededor del intervalo de 1 GHz a 2 GHz. Este
intervalo de frecuencias se encuentra en las redes telefónicas
móviles GSM. Sin embargo, se apreciará que el intervalo operacional
de frecuencias puede ser diferente en otros sistemas de
transmisión/emisión de señales.
Otros sistemas a los que puede aplicarse esta
técnica incluyen: por ejemplo, sistemas de emisión de audio digital
(DAB), acceso múltiple por división de código (CDMA), sistemas de
comunicación de modulación por desplazamiento de fase en cuadratura
(QPSK), redes de área local de radio de alto rendimiento
(HIPERLAN); y redes telefónicas de sistemas universales de
telecomunicaciones móviles (UMTS).
Es importante que la estructura de las señales
transmitidas dentro del sistema anteriormente mencionado y otros
sistemas sea tal que la estructura de las señales tenga
características conocidas predefinidas y contenga secuencias de
sincronización o ráfagas, secuencias de instrucción, etc.
Tales secuencias son generadas a menudo a partir
de códigos seudo-aleatorios, que tienen unas buenas
funciones de autocorrelación. Por lo tanto, las técnicas de
autocorrelación son usadas ampliamente en sistemas de comunicaciones
GSM y similares para realizar sincronización, detección de señales
y otras tareas de procesamiento de señales.
Para regenerar una réplica exacta de una señal
recibida en un receptor, es necesario eliminar cualquier error que
esté presente y/o compensar cualquier degradación que ocurra
durante la transmisión. Los errores y la degradación de señales
ocurren durante la transmisión de cualquier señal, y pueden surgir
como resultado de: atenuación y desvanecimiento de señal;
reflexión por multitrayectoria/dispersión por multitrayectoria;
ruido de fondo; interferencia por parte de otras señales; o una
combinación de estos y otros efectos. Todos los efectos, en
diversos grados, reducen la eficiencia y el rendimiento de los
sistemas que usan señales transmitidas.
Un tema común de muchos sistemas que utilizan
señales, por ejemplo para localizar a un usuario móvil, es que se
necesita una indicación o réplica exacta de la señal
transmitida.
Existen ciertas técnicas que pueden ayudar a
corregir o modificar una señal recibida de manera que pudieran
corregirse o compensarse ciertos tipos de errores. Sin embargo,
antiguamente, tales señales regeneradas a menudo tenían errores
residuales.
El documento
EP-A-1501215 (y el documento
WO03/088524) describe la arquitectura de repetidores para uso
dentro del sistema GSM, donde se aplica intercambio espectral entre
las bandas de frecuencia GSM de 900 MHz y 1800 MHz. La banda de 900
MHz se usa para comunicarse con la red GSM, mientras que la banda
de 1800 MHz se usa para comunicarse entre repetidores. De esta
manera, se impide que los terminales interfieran con la
comunicación que tiene lugar entre repetidores. Existe una relación
de fase directa entre la frecuencia usada en la banda de 900 MHz y
la usada en la banda de 1800 MHz.
El documento
WO-A-01/28272 describe un sistema
para determinar la posición de una estación base dentro de una red
de transmisión celular. Se miden las intensidades de campo
procedentes de estaciones base adyacentes y se usa la información
relacionada con estas para proporcionar un punto de situación en un
transmisor móvil dentro de la célula de la red. La posición está
basada en identificar intensidades de señales y realizar un mejor
ajuste a los datos cuando se superponen en un mapa geográfico. No
se hace intento de reconstruir o regenerar una señal.
Generalmente, un objetivo es reducir toda forma
de degradación de señal y ruido. El documento
GB-A-2291300 describe un
procedimiento de determinación de si un vehículo está viajando por
una trayectoria predeterminada comparando la intensidad de señal
procedente de una estación base de un sistema de telecomunicaciones
móviles a lo largo de un periodo de tiempo normalizando la señal y
comparando esta con la intensidad de señal almacenada frente a la
información de distancia. De nuevo, como parte del procedimiento de
determinación es deseable una indicación de la señal transmitida.
Sin embargo, no se hace intento para obtener tal señal.
\newpage
Otra técnica de mejorar la calidad de la señal o
reducir el ruido es orientar una antena a la fuente de señal y
sincronizar la fase de la antena a la frecuencia de la señal. Sin
embargo, esto no siempre es viable, particularmente donde existe
línea de visión restringida y/o donde ocurren reflexiones de
señales.
El documento
GB-A-2311697 desvela una técnica
para estimar la posición de una estación móvil en un sistema de
comunicaciones inalámbricas que usa intensidades de señales
procedentes de una pluralidad de estaciones base. Estas
intensidades de señales son correlacionadas con mediciones
obtenidas previamente en una pluralidad de posiciones conocidas.
Los datos resultantes se usan para corregir las señales recibidas
para proporcionar una indicación de la posición a una estación
móvil.
Un objeto de la presente invención es
proporcionar un procedimiento y un aparato para recibir una señal,
y para recuperar, a partir de la señal recibida, una señal
regenerada para los propósitos de comparación u otras cosas.
Según un aspecto de la presente invención, se
proporciona un procedimiento de regeneración de una señal
transmitida a distancia que comprende una corriente de símbolos
modulada sobre una portadora de acuerdo con un estándar
predeterminado, incluyendo el procedimiento las etapas de:
a) recibir la señal transmitida a distancia que
tiene características conocidas;
b) determinar sincronización de tramas de la
señal recibida;
c) identificar las ubicaciones de secuencias
dentro de la señal a partir de la sincronización de tramas;
d) identificar la estructura de las
secuencias;
e) estimar valores de desplazamiento de fase en
las ubicaciones de las secuencias;
f) desmodular la corriente de símbolos usando
los valores estimados de desplazamiento de fase y la estructura de
las secuencias; y
g) remodular la corriente de símbolos usando los
valores de desplazamiento de fase.
Ventajosamente, la etapa f) comprende la etapa
adicional de corregir la corriente de símbolos antes de la etapa
g). Pueden usarse diversas técnicas para efectuar la corrección.
Además, la etapa de corregir la corriente de símbolos puede
incorporar sustitución de símbolos en la corriente de símbolos
donde la corriente de símbolos es conocida a priori.
La etapa f) puede comprender además comparar
símbolos desmodulados con símbolos conocidos para proporcionar una
estimación de la tasa de errores de símbolos.
Se prefiere que la etapa a) incluya conversión
descendente de la señal recibida a una frecuencia intermedia
nominal de 0 Hz. Adicionalmente, la etapa a) incluye además
digitalizar la señal de frecuencia intermedia para proporcionar una
corriente de símbolos digitalizada en un dominio de señales
complejo.
Preferentemente, la etapa e) incluye estimar la
frecuencia media de batido de la señal, eliminar de la señal la
frecuencia media de batido estimada y almacenar la frecuencia media
de batido en una base de datos. Adicionalmente, la etapa e) incluye
además estimar el desplazamiento de fase residual de la señal y
almacenar el desplazamiento de fase residual estimado de la señal
en la base de datos.
Idealmente, las secuencias incluyen secuencias
de instrucción, señales de sincronización, ráfagas de corrección
de frecuencia, o ráfagas de relleno. Las secuencias de instrucción
pueden incluir ocho secuencias de instrucción asociadas con ráfagas
de datos así como una novena secuencia de instrucción asociada con
ráfagas de relleno.
Es posible usar secuencias de instrucción y
picos de correlación para compensación de multitrayectoria. Para
proporcionar la compensación de multitrayectoria, se usan
preferentemente técnicas de estimación de canal que usan
procesamiento de correlación de secuencias de datos.
La regeneración de la señal se realiza
convenientemente a frecuencia de batido nula usando técnicas de
procesamiento de señales digitales para conseguir alto rendimiento
y fidelidad a bajo coste de implementación. Sin embargo, pueden
emplearse otras técnicas para conseguir el resultado deseado.
Proporcionando regeneración de una señal
transmitida, es posible utilizar una señal recibida desde una
fuente remota, aun cuando la señal recibida pueda haber sido
sometida a corrupción a lo largo de su trayectoria de propagación.
Por lo tanto, preferentemente, la señal regenerada que se obtiene
es sustancialmente idéntica a la señal transmitida, o una que
habría sido obtenida desde un transmisor, si se hubiera usado una
conexión (línea terrestre) de alta calidad para propagar la señal
hasta el receptor.
\newpage
Más preferentemente, la regeneración de la señal
recibida se consigue mediante una combinación selectiva de:
reconstruir partes de la señal recibida, corrigiendo la salida
detectada a partir de la forma deseada; y mediante otras técnicas
para eliminar errores y reducir el ruido.
También pueden proporcionarse aparatos para
regenerar una señal. Tales aparatos pueden comprender elementos que
(i) permiten que se produzca una corriente de muestreo digital a
frecuencia nominal de batido nula en el dominio de señal compleja a
partir de la señal recibida, (ii) determinan un desplazamiento de
frecuencia media de batido en la señal de frecuencia nominal de
batido nula, (iii) determinan desplazamientos de fase residuales a
lo largo de la extensión de la señal de frecuencia nominal nula
después de que haya sido eliminado el desplazamiento de frecuencia
media de batido, (iv) proporcionan un factor de corrección de
frecuencia media de batido y parámetros de corrección de
desplazamiento de fase residual, (v) comparan partes de la señal
recibida con formas de señales conocidas correspondiente, (vi)
corrigen partes corruptas de la señal recibida para proporcionar
partes de señal reconstruidas, (vii) recombinan las partes de señal
reconstruidas con la frecuencia media de batido y desplazamientos
de fase residuales para proporcionar una señal regenerada a la
frecuencia nominal de batido
nula.
nula.
Entonces puede extraerse información de
sincronización periódica y usarse en conjunción con mediciones de
desplazamiento de fase para proporcionar una estimación de la
desviación de frecuencia media de batido relativa y desplazamientos
de fase "similares a ruido" entre la señal recibida y un
oscilador local estable. Idealmente, la información de fase se usa
para proporcionar la frecuencia media de batido y parámetros de
corrección de desplazamiento de fase residual.
Una vez que ha sido corregida cualquier
frecuencia media de batido y cualquier desplazamiento de fase
similar a ruido residual, puede realizarse la desmodulación del
flujo de bits de la señal para proporcionar una corriente de
símbolos desmodulados en la que pueden aplicarse diversas técnicas
para corregir errores de símbolos. A continuación se describen
algunas técnicas preferidas.
Típicamente, para sistemas GSM, la señal
recibida está en la zona de 900 MHz a 1800 MHz y se mezcla a una
frecuencia intermedia antes del filtrado de Nyquist y la
digitalización para producir corrientes de símbolos a frecuencia
nominal de batido nula en el dominio de señales complejo. Pueden
emplearse otras realizaciones para conseguir resultados
equivalentes.
Usando el procedimiento de la presente invención
descrito en general anteriormente, se obtiene una señal que está
típicamente tan cerca de una réplica de la señal transmitida a la
frecuencia nominal de batido nula como es posible conseguir, sin
usar una conexión cableada desde la fuente original de la señal
transmitida. De este modo, se obtiene una señal de frecuencia
nominal de batido nula regenerada que puede ser almacenada y, por
ejemplo, frente a la cual pueden realizarse comparaciones
posteriormente.
En la realización más sencilla de desmodulación
de la frecuencia de batido y la versión de fase corregida de la
señal de frecuencia nominal de batido nula, los datos (símbolos)
desmodulados, obtenidos a partir de las señales recibidas, están
muy limitados. Esto tiene el efecto de eliminar la mayoría de la
interferencia que pudiera haber, siempre que la señal buscada sea
significativamente mayor que la interferencia, lo cual es
normalmente el caso para las aplicaciones de interés. También
pueden aplicarse otras técnicas de desmodulación más
sofisticadas.
Después se aplica la modulación apropiada a los
símbolos desmodulados y se aplican la frecuencia media de batido y
los parámetros de corrección de desplazamiento de fase residual
previamente medidos para crear una señal regenerada a la frecuencia
nominal de batido nula, sin corromper por reflexiones de
multitrayectoria, interferencia u otros efectos debidos a
propagación "por el aire".
Puede aplicarse decodificación más sofisticada
(por ejemplo, en ráfagas de datos), por ejemplo decodificación
Viterbi, para recuperar algunas secuencias de datos. Otras
secuencias de símbolos de datos se reconstruyen usando el
conocimiento previo de la estructura de la señal (por ejemplo,
secuencias de sincronización y ráfagas previamente identificadas
por las funciones de procesamiento de señales como ráfagas de
relleno GSM).
El uso de un conocimiento a priori de una
estructura de señal también puede usarse para proporcionar una
estimación de la tasa de errores de bits (BER) a partir del número
de correcciones de datos que son necesarios para reconstruir una
señal. Las partes de la señal que pueden ser reconstruidas usando
un conocimiento a priori incluyen, por ejemplo, para GSM,
una secuencia de instrucción, una señal de sincronización (sinc),
una señal denominada de relleno o ráfagas de corrección de
frecuencia (FCBs). Tal conocimiento a priori puede obtenerse
de bases de datos o tablas de consulta de características de las
señales que son publicadas como estándares.
También puede que tengan que ser corregidas o
compensadas otras degradaciones de señal para cuando se regenere la
señal transmitida. Una de tales degradaciones de señal se denomina
dispersión por multitrayectoria. La dispersión por multitrayectoria
ocurre como resultado de reflexiones procedentes de edificios,
árboles, objetos móviles y otros rasgos geográficos. Por ejemplo,
puede ocurrir una secuencia de señales de instrucción en mitad de
cada ráfaga de datos para proporcionar un medio de estimación de
las características de dispersión por multitrayectoria. Una vez
calculada, la estimación puede usarse para corregir tales
dispersiones por multitrayectoria.
Las ráfagas de datos activos pueden contener
datos relacionados con instrucciones de tratamiento/enrutamiento de
llamadas, comandos del operador telefónico, datos relacionados con
el control de la estación base e información de usuario, así como
datos de carga útil en sí.
Los receptores GSM convencionales decodifican
información a partir de una señal portadora para establecer qué
ráfagas contienen datos relevantes para ellas, y cuál del conjunto
posible de secuencias de instrucción está actualmente en uso para
caracterizar esas ráfagas. Las ráfagas que no contienen datos están
llenas de un código "de relleno" y no son procesadas
posteriormente por receptores convencionales. Se ha comprendido que
utilizando todas las ráfagas de datos, incluyendo señales de
relleno, es posible regenerar una señal de referencia de alta
calidad que es una réplica casi exacta de la que fue transmitida,
porque la inmensa mayoría de la señal recibida puede ser procesada
para estimar la frecuencia media de batido y los desplazamientos
de fase residuales sobre una base de ráfaga a ráfaga. Para ráfagas
ocasionales en las que no es posible o conveniente (por ejemplo las
ráfagas de corrección de frecuencia), se aplica convenientemente
una simple interpolación.
La información obtenida de las secuencias de
instrucción permite que se deduzca la estructura de una señal
recibida; y que se generen factores de corrección relevantes. Se
realiza la comparación con estructuras de señales conocidas y se
efectúa la sustitución de datos corruptos usando datos correctos
obtenidos, por ejemplo, de tablas de consulta.
En un sistema GSM típico, hay ocho secuencias de
señales de instrucción diferentes que pueden usarse en ráfagas de
datos en tiempo real para distinguir señales procedentes de
diversas estaciones base y minimizar la interferencia debida a
reutilización de frecuencia.
La cantidad de tráfico de datos de GSM varía,
particularmente de periodos de poco uso a periodos punta. Durante
periodos de poco uso las estaciones base están relativamente
inactivas y transmiten ráfagas de datos denominadas de relleno.
Estas señales se usan, en una realización preferida de la presente
invención, para obtener información de fase y frecuencia de la
misma manera que las ráfagas de datos activas, tratando el centro
de la ráfaga de relleno efectivamente como una secuencia de
instrucción adicional. De este modo se puede considerar que las
ráfagas de relleno, que no contienen datos, contienen una novena
secuencia de instrucción.
Preferentemente, el aparato puede estar adaptado
para usar una parte central de una ráfaga de relleno como un dato
para correlación y medición de ruido de fase.
De este modo el uso de la información permite
que se obtenga la fase y la frecuencia de una señal entrante,
relativa al oscilador receptor, operando en el dominio de señales
complejo a la frecuencia nominal de batido nula del receptor.
Entonces puede obtenerse la variación de fase medida entre
osciladores, que transmiten y reciben las señales. Esta información
puede analizarse y puede usarse para expresar la variación de fase
convenientemente como una frecuencia media de batido y un
desplazamiento de fase "similar a ruido" residual a lo largo
de la extensión de interés de la señal. Tanto la frecuencia media
de batido como los desplazamientos de fase residuales se obtienen de
la salida del procedimiento de detección y correlación de
ráfagas.
Idealmente para ráfagas GSM recibidas, se
realiza una prueba de correlación usando todas las secuencias de
instrucción incluyendo la parte apropiada de la ráfaga de relleno.
Después se selecciona normalmente la señal que da la mayor
magnitud. Esto permite que se identifique únicamente el tipo de
ráfaga (por ejemplo, ráfaga de relleno o de datos y la secuencia de
instrucción apropiada en uso para la última). La fase de la ráfaga
de datos relativa al oscilador receptor puede obtenerse entonces de
las salidas "en fase" (I) y de "cuadratura de fase" (Q)
del correlador de dominios de señal complejos.
Inicialmente se usan secuencias de
sincronización ("sinc") dedicadas para establecer datos de
sincronización de tramas. Entonces puede establecerse
sincronización de tramas y otra información necesaria de la
estructura de las señales.
Idealmente, la información de sincronización
periódica incluye información de sincronización de tramas. En los
sistemas GSM, la sincronización inicial de tramas y ráfagas se
obtiene ventajosamente mediante una búsqueda de correlación de un
patrón de ráfaga de sincronización principal. Después se obtiene
información de desviación de fase y frecuencia correlacionando
preferentemente, por ejemplo usando una sección central de una
señal GSM o una ráfaga de datos seleccionada, con versiones
almacenadas de patrones permitidos de modulación para esas señales
o ráfagas de datos. La comparación puede realizarse con valores
almacenados guardados en una base de datos o tabla de
consulta.
consulta.
Preferentemente, la sincronización de tramas de
las señales se obtiene usando un correlador. El correlador
identifica secuencias de sincronización GSM de una señal recibida.
Típicamente, la sincronización GSM principal o secuencia
"sinc" tiene una longitud de 64 símbolos.
Un ordenador, un chip dedicado de procesamiento
de señales digitales (DSP), una matriz de puertas programable
in situ (FPGA) o un circuito integrado de aplicación
específica (ASIC) se usa idealmente para llevar a cabo las tareas
anteriormente mencionadas. Una ventaja de las técnicas digitales es
que puede conseguirse procesamiento de señales de fidelidad más
alta en comparación con los procedimientos analógicos.
Para mejorar más la reconstrucción de la señal
se realiza una medición de desplazamiento de fase sobre las señales
recibidas. Esto se usa para mejorar el procedimiento de
reconstrucción de la señal teniendo en cuenta cualquier desviación
de frecuencia y desplazamiento de fase que pueda haber ocurrido.
Entonces puede calcularse un factor de compensación para cualquier
error de frecuencia y desplazamiento de fase. El factor de
compensación se usa para compensar los siguientes errores, que se
definen convenientemente de la siguiente manera:
(i) una frecuencia media de batido (que es la
diferencia de frecuencia media entra los osciladores transmitido y
recibido a lo largo de un periodo predeterminado, medida con
respecto a la frecuencia nominal de batido nula del receptor);
y
(ii) cualquier desplazamiento de fase "similar
a ruido" residual (que sea debido a fluctuaciones a corto plazo
de la frecuencia relativa de la señal a lo largo de un periodo
predeterminado) entre los osciladores transmitido y recibido.
Los errores se eliminan a medida que se generan
señales como y cuando surja la necesidad, de manera que una seña
completa puede ser reconstruida posteriormente. Para este propósito
puede usarse una memoria o caché dinámica borrable.
Después puede tener lugar la regeneración de la
señal de referencia, idealmente en el dominio digital, por ejemplo
bajo control de un microprocesador. La regeneración de la señal se
basa en el hecho de que algunas partes de la señal han sido medidas
directamente, reconstruidas y estimadas. El aparato de regeneración
comprende, por lo tanto, efectivamente: un procesador de señal y
memoria asociada que operan bajo la dirección de software,
programado para llevar a cabo funciones asignadas o específicas,
cada una de las cuales se describe con mayor detalle más
adelante.
Para una mejor comprensión de la presente
invención, a continuación se hará referencia, sólo a modo de
ejemplo, a los dibujos adjuntos en los que:
la Figura 1 es una representación en diagrama de
un sistema de comunicación celular;
la Figura 2 es un diagrama de bloques que
ilustra un sistema de regeneración de señales des acuerdo con la
presente invención;
la Figura 3 es una tabla de resultados de un
ensayo usando el sistema de la Figura 2; y
la Figura 4 es un gráfico de la medición de
desplazamiento de fase residual frente al número de ráfagas dentro
de una señal.
Haciendo referencia inicialmente a la Figura 1,
en ella se muestra en forma de diagrama una red 10 con estaciones
base 12A a 12J, en un sistema de comunicación celular. Un receptor,
como un teléfono móvil 14, recibe señales procedentes de varias
estaciones base 12E, 12F, 12G, 12I y 12J. Las señales recibidas
generalmente están superpuestas con ruido; pueden incluir errores y
a menudo están acompañadas por señales no deseadas (espurias). La
señal recibida puede ser convertida a una señal de frecuencia de
batido nulo o de frecuencia intermedia (IF), filtrada, digitalizada
y procesada en términos de corrientes de muestreo en fase (I) y
cuadratura (Q). Pueden usarse otras técnicas.
Donde resulte apropiado la interferencia puede
reducirse enfocando la antena del teléfono móvil 14 sobre una
estación base deseada para utilizar cualquier característica de
ganancia directiva. Aunque esto sirve para reducir la interferencia
y los efectos de desvanecimiento por multitrayectoria se requieren
más técnicas de reducción de interferencia y multitrayectoria para
mejorar la calidad final de la señal recibida.
La señal 20 (Figura 1) es recibida desde la
estación base 12J por el teléfono móvil u otro receptor adecuado 14
y es del tipo encontrado en un sistema de comunicaciones celulares
GSM. La señal recibida 20 así obtenida está generalmente corrompida
por efectos de dispersión e interferencia por multitrayectoria, por
ejemplo, de otras estaciones base. Para obtener una versión de alta
calidad de la señal que fue transmitida originalmente, es
necesaria la regeneración de la señal transmitida a partir de la
señal recibida. Esto se explicará a continuación con mayor detalle
más adelante, con referencia a la Figura 2.
La frecuencia de señal recibida es reducida y
procesada para proporcionar corrientes de muestreo separadas
digitalizadas I y Q a frecuencia de batido nula. Las corrientes de
muestreo Y y Q forman una señal compleja 100 (Figura 2) que es
procesada posteriormente en un sistema de regeneración de señales
de acuerdo con la presente invención.
La frecuencia media de batido y los
desplazamientos de fase "similares a ruido" residuales surgen
como consecuencia de un desajuste y desviación de frecuencia entre
osciladores estables en el receptor y el transmisor, y representan
una aproximación conveniente para representar, medir y procesar
tales desajustes y desviaciones de frecuencia.
Haciendo referencia a continuación a la Figura
2, se muestra un sistema de regeneración de señales 200 que
comprende un correlador de señales 24, un correlador de
sincronización de tramas y ráfagas 28, un correlador de
desplazamiento de fase residual 30, un mezclador de frecuencias 32,
una base de datos (o tabla de consulta) 34, un desmodulador 40, un
mezclador 42, un corrector de errores de bits 46, un modulador GSM
48 y un remodulador 50. Los componentes del sistema de regeneración
200 están conectados como se muestra.
La señal compleja 100 se introduce, en paralelo,
en el correlador de señales 24 y el correlador de sincronización de
tramas y ráfagas 28. El correlador de sincronización de tramas y
ráfagas 28 detecta dónde comienzan y terminan las tramas de señales
GSM en la señal 100, así como las posiciones de secuencias de
instrucción y otros componentes de la estructura de la señal. Esta
información de sincronización de señales se suministra al
correlador 24, el correlador de desplazamiento de fase residual 30
y el desmodulador 40.
El correlador de señales 24 usa la secuencia de
instrucción GSM en cada ráfaga para estimar la frecuencia media de
batido estimando el cambio medio en el desplazamiento de fase entre
ráfagas sucesivas a lo largo de la extensión de interés de la
señal. La estimación 24A de la frecuencia media de batido se
suministra a la base de datos 34. La señal de salida 102 también se
suministra a la base de datos 34. La señal de salida 102 también se
pasa al mezclador de frecuencias 32 desde el correlador de señales
24.
El mezclador de frecuencias 32 elimina la
frecuencia de batido 24A de la señal de salida 102 y proporciona
una señal de entrada 104 para el correlador de desplazamiento de
fase residual 30.
El correlador de desplazamiento de fase residual
30 estima las características de desplazamiento de fase "similar
a ruido" residual presentes en la señal 104 y proporciona una
estimación 30A del desplazamiento de fase residual (una medición
para cada ráfaga GSM) para la base de datos 34. La señal 106
también se proporciona para el mezclador 42.
El mezclador 42 elimina la estimación 30A del
desplazamiento de fase residual y la señal resultante 108 se pasa
al desmodulador 40 que desmodula la señal 108. Los símbolos de
datos desmodulados 40A se envían a la base de datos 34.
El desmodulador 40 puede usar varias técnicas
que pueden incluir las siguientes: decisión firme, que tiene el
efecto de suprimir la interferencia; y/o técnicas de corrección de
errores (por ejemplo, corrección Viterbi).
Se comprenderá que el tipo particular de técnica
de desmodulación o corrección de errores aplicada dependerá de la
implementación así como del contenido y estructura de la señal.
Las señales 24A, 30A y 40A enviadas a la base de
datos 34 se vuelven a montar posteriormente como una señal de
referencia regenerada como se explica más adelante.
Las secuencias de símbolos predefinidos dentro
del protocolo GSM permiten detección y corrección de errores de
secciones conocidas de la corriente de símbolos desmodulada. Tales
secuencias que pueden ser requeridas en la presente invención son
almacenadas en la base de datos o en la tabla de consulta 34. Estas
secuencias se usan para medir la tasa de errores de símbolos y
corregir símbolos de datos erróneos en la señal 24A. La
reconstrucción de la señal transmitida se lleva a cabo entonces
usando la corriente de símbolos corregidos en conjunción con la
información de frecuencia y fase contenida en 24A y 30A.
La base de datos 34 suministra símbolos al
corrector de errores 46 e información relacionada con la frecuencia
de batido y desplazamientos de fase residuales al remodulador 50
respectivamente. El corrector de errores de bits 46, el modulador
GSM 48 y el remodulador 50 permiten y controlan el acceso a la base
de datos 34 de manera que los errores de bits pueden ser detectados
y corregidos; la corriente de símbolos de datos corregidos puede
ser modulada; y los desplazamientos de fase residuales y las
estimaciones de frecuencia media de batido pueden volver a
aplicarse para proporcionar una versión de frecuencia de batido
nula de la señal GSM como se transmitió originalmente.
Volver a aplicar la frecuencia media de batido y
los desplazamientos de fase residuales es esencial para obtener
una aproximación exacta a la señal transmitida originalmente 20
convertida a frecuencia de batido nula, con respecto al oscilador
local estable en el receptor. Consecuentemente, se obtiene, por lo
tanto, casi una aproximación a la señal original 20.
Un corrector de bits 46 accede a la base de
datos 34 y descarga datos almacenados. En ciertas partes conocidas
de la señal GSM los símbolos corruptos son sustituidos con símbolos
definidos guardados en tablas de consulta en la memoria de la base
de datos 34. Una comparación de partes conocidas de la señal
recibida (por ejemplo, secuencias sync y ráfagas de relleno) en la
base de datos con señales procedentes de una tabla de consulta
permite que se realice una estimación de la tasa de errores de
símbolos en la señal recibida. La corriente de bits resultante es
entonces efectivamente una mejor estimación de los símbolos que
fueron transmitidos originalmente.
La mejor estimación de la corriente de símbolos
de datos transmitidos es suministrada al modulador GSM 48 para
crear una señal corregida modulada 48A, que después se pasa a un
remodulador 50. El remodulador 50 accede a la base de datos 34 y
vuelve a aplicar el desplazamiento de fase residual 24A y la
estimación de frecuencia media de batido 30A. La señal de
referencia GSM regenerada es generada luego desde el remodulador 50
como la señal
150.
150.
Remodulando las señales GSM desmoduladas y
volviendo a aplicar la frecuencia media de batido y las
correcciones de desplazamiento de fase residual, se obtiene una
réplica regenerada de alta calidad de la señal procedente del
transmisor referida a la frecuencia nominal de batido nula del
receptor.
Se apreciará que, si la estructura de la señal
es conocida a priori, una simple sustitución del elemento
relevante para corrección puede implementarse a partir de la base
de datos o la tabla de consulta 34. Alternativamente, la corrección
se efectúa durante el procesamiento posterior.
Por consiguiente, en resumen, por lo tanto, un
regenerador de señales recibe una señal corrupta, usa un conjunto
de secuencias de señales conocidas (por ejemplo secuencias de sync
e instrucción) para determinar la sincronización de señal y para
correlacionar la señal. Se estima la frecuencia media de batido, se
mezcla y se almacena en una base de datos. Después se estiman los
desplazamientos de fase residuales y se almacenan en una base de
datos. Se obtiene una corriente de símbolos mediante técnicas de
desmodulación adecuadas y la corriente de símbolos se almacena en
una base de datos. La información almacenada se extrae de la base
de datos para medir y corregir errores de símbolos GSM, modular la
corriente de símbolos corregida y remodular los desplazamientos de
fase residuales y la frecuencia media de batido.
Por lo tanto, la invención reduce y elimina
idealmente las corrupciones de señales que surgen de efectos como
dispersión por multitrayectoria, interferencia y ruido.
El procedimiento descrito anteriormente con
referencia a la Figura 2 se lleva a cabo sobre cada ráfaga dentro
de la señal que ha de ser regenerada de manera que se obtienen
datos para cada ráfaga. La Figura 3 ilustra una parte de una tabla
de datos obtenida de un ensayo usando el sistema de regeneración de
señales mostrado en la Figura 2 (para ráfagas números 293 a 348).
Los datos indican, para cada ráfaga dentro de la señal, el número
de ráfaga, la desviación de ráfaga en la base de datos de
almacenamiento, un campo de indicador usado para propósitos de
control interno, el identificador de secuencia de instrucción (8 =
"de relleno"), la fase de ráfaga medida inicialmente y el
desplazamiento de fase residual después de la corrección de
frecuencia media de batido.
La Figura 4 muestra un gráfico compuesto de
desplazamiento de fase frente a recuento de ráfagas construido a
partir de la tabla mostrada en la Figura 3. Cada punto del gráfico
corresponde a la medición de desplazamiento de fase residual de una
ráfaga.
Se apreciará que puede variarse la realización
preferida sin apartarse del ámbito de la invención.
Claims (13)
1. Un procedimiento de regeneración de una señal
transmitida a distancia que comprende una corriente de símbolos
modulada sobre una portadora de acuerdo con un estándar
predeterminado, incluyendo el procedimiento las etapas de:
a) recibir la señal transmitida a distancia que
tiene características conocidas;
estando el procedimiento
caracterizado
por
b) determinar sincronización de tramas de la
señal recibida;
c) identificar las ubicaciones de secuencias
dentro de la señal a partir de la sincronización de tramas;
d) identificar la estructura de las
secuencias;
e) estimar valores de desplazamiento de fase en
las ubicaciones de las secuencias;
f) desmodular la corriente de símbolos usando
los valores estimados de desplazamiento de fase y la estructura de
las secuencias; y
g) remodular la corriente de símbolos usando los
valores de desplazamiento de fase.
2. Un procedimiento según la reivindicación 1,
en el que dicha etapa f) comprende la etapa adicional de corregir
la corriente de símbolos antes de la etapa g).
3. Un procedimiento según la reivindicación 2,
en el que la etapa de corregir la corriente de símbolos incorpora
sustitución de símbolos en la corriente de símbolos donde la
corriente de símbolos es conocida a priori.
4. Un procedimiento según una cualquiera de las
reivindicaciones precedentes, en el que dicha etapa f) comprende
además comparar símbolos desmodulados con símbolos conocidos para
proporcionar una estimación de la tasa de errores de símbolos.
5. Un procedimiento según una cualquiera de las
reivindicaciones precedentes, en el que dicha etapa a) incluye
conversión descendente de la señal recibida a una frecuencia
intermedia nominal de 0 Hz.
6. Un procedimiento según la reivindicación 5,
en el que dicha etapa a) incluye además digitalizar la señal de
frecuencia intermedia para proporcionar una corriente de símbolos
digitalizada en un dominio de señales complejo.
7. Un procedimiento según una cualquiera de las
reivindicaciones precedentes, en el que dicha etapa e) incluye
estimar la frecuencia media de batido de la señal, eliminar de la
señal la frecuencia media de batido estimada y almacenar la
frecuencia media de batido en una base de datos.
8. Un procedimiento según la reivindicación 7,
en el que dicha etapa e) incluye además estimar el desplazamiento
de fase residual de la señal y almacenar el desplazamiento de fase
residual estimado de la señal en la base de datos.
9. Un procedimiento según una cualquiera de las
reivindicaciones precedentes, en el que las secuencias incluyen
secuencias de instrucción, señales de sincronización, ráfagas de
corrección de frecuencia, o ráfagas de relleno.
10. Un procedimiento según la reivindicación 9,
en el que las secuencias de instrucción incluyen ocho secuencias de
instrucción asociadas con ráfagas de datos.
11. Un procedimiento según la reivindicación 10,
en el que las secuencias de instrucción incluyen una novena
secuencia de instrucción asociada con ráfagas de relleno.
12. Un procedimiento según la reivindicación 10
u 11, que además incluye la etapa de usar secuencias de
instrucción y picos de correlación para compensación de
multitrayectoria.
13. Un procedimiento según la reivindicación 12,
en el que se usa estimación de canal de secuencias de datos para
compensación de multitrayectoria.
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