ES2322866T3 - Dispositivo y procedimiento para la determinacion de un valor de correlacion. - Google Patents
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Abstract
Dispositivo (100) para la determinación de un valor de correlación a partir de una correlación entre una primera serie de valores con valores complejos y una segunda serie de valores con valores complejos, con las siguientes características: un dispositivo de correlación (102) que está conformado para determinar un primer valor de correlación parcial (118) a partir de una correlación entre un primer subconjunto de la primera serie de valores (112) y un primer subconjunto de la segunda serie de valores (114), y un segundo valor de correlación parcial (120) a partir de una correlación entre un segundo subconjunto de la primera serie de valores (112) y un segundo subconjunto de la segunda serie de valores (114); un dispositivo de procesado (104) que está conformado para determinar a partir del segundo valor de correlación parcial un segundo valor de correlación parcial (124) procesado con un término de fase adaptado a un término de fase del primer valor de correlación parcial (118); y un dispositivo de cálculo (106) que está conformado para determinar el valor de correlación (116) usando el segundo valor de correlación parcial procesado, en el que el dispositivo de procesado (104) está conformado para determinar una diferencia de fase entre los valores de correlación parciales (118, 120), y para determinar el segundo valor de correlación parcial (124) procesado por medio del giro del segundo valor de correlación parcial (120) alrededor de la diferencia de fase definida así, y en el que el dispositivo de cálculo (106) está conformado para determinar el valor de correlación (116) por medio de la suma del primer valor de correlación parcial y del segundo valor procesado de correlación parcial.
Description
Dispositivo y procedimiento para la
determinación de un valor de correlación.
La presente invención se refiere a dispositivos
y a procedimientos para la determinación de un valor de correlación,
que se pueden emplear, en particular, para sistemas de transmisión
digitales.
Para que un receptor en un sistema de
transmisión digital se pueda sincronizar con una señal digital
enviada desde un emisor, el emisor radia una señal digital que es
conocida por el receptor. El objetivo del receptor reside en
determinar el instante de entrada preciso de la señal enviada. Para
determinar el instante de entrada se calcula la correlación cruzada
entre la señal digital recibida y la señal digital emitida conocida.
A continuación se detecta el máximo del valor de la correlación
cruzada, y se determina el instante de entrada de la señal enviada
a partir de la posición del máximo del valor de correlación.
Ante la presencia de un desplazamiento de la
frecuencia portadora entre el emisor y el receptor, se puede
producir una "autoextinción" de la correlación cruzada a partir
de una cierta longitud de la señal emitida, es decir, los sumandos
individuales se suman en la correlación cruzada para dar cero como
consecuencia de un término de giro complejo provocado por el
desplazamiento de la frecuencia portadora.
En el siguiente ejemplo se toma una transmisión
perfecta con la excepción de un desplazamiento de la frecuencia
portadora entre el emisor y el receptor, así como un coeficiente de
canal constante a y un retardo L. Si en el emisor está almacenada
una ráfaga-T x[k] de longitud t_burstlen,
abreviada en lo sucesivo con la variable K, entonces el receptor
recibe la señal en banda base compleja
en la que \DeltaF =
maxfreqoffsppm \cdot 10^{-6} \cdot carfreq/B_clock es el
desplazamiento de frecuencia normalizado a un ritmo de B_sample.
Esto significa que por cada B_sample la diferencia de fase entre
x[k] e y[k] aumenta en 2\pi\DeltaF radianes. Esta
señal recibida y [k] se ha de correlacionar ahora con la señal
original x[k] almacenada en el emisor y en el
receptor.
Con maxfreqoffsppm = 30, carfreq = 2,445 GHz y
B_clock = 101,875 MHz se modifica, por ejemplo, la fase por
B_sample en 0,0045 radianes o bien 0,00072 veces el círculo entero.
Con ello, la diferencia de fase entre x[k] e y[k]
completa al cabo de 1.389 muestras una vez el círculo entero.
La correlación cruzada entre la señal recibida
y[k] y la secuencia de correlación x[k] está definida
ahora como
El índice l designa en este caso cuánto se ha de
desplazar y[k] en el cálculo de la correlación. En el
receptor nos interesan los valores de correlación t_nocorrvals para
los índices l = 0, ..., t-corrvals - 1.
Cuando y[k] desplazada de esta manera se
desplaza L B_samples, de manera que y[k+L] y x[k] se
cubren de modo óptimo, entonces obtenemos como valor de
correlación
Consideremos que |x[k]|^{2} siempre es
una constante = C, y que la denominada ráfaga-T
tiene una longitud de exactamente K = 1.389 B_samples, entonces el
cálculo de la correlación anterior se corresponde a una suma a lo
largo de un índice de valor completo de longitud constante, que gira
exactamente una vez en el círculo en el transcurso de 1.389
B_samples. El giro del índice se muestra en la Fig. 16,
representando la figura el plano de números complejo.
Se puede ver que la suma para el valor de
correlación en este ejemplo r_{yx}[L] = 0, aunque
x[k] y y[k+L] se cubren de modo óptimo. Con este
desplazamiento de la frecuencia de la portadora y esta longitud de
la ráfaga T, así pues, falla la determinación de la longitud de la
ráfaga T x[k] dentro de la señal recibida y[k] con la
ayuda de la secuencia de correlación x[k]. Como consecuencia
de una extinción del valor de correlación debida a un
desplazamiento de la frecuencia portadora no es posible, por
ejemplo, una determinación del máximo del valor de la correlación.
Como consecuencia de esto se dificulta una sincronización entre el
emisor y el receptor de un sistema de transmisión, o se puede
producir una transmisión de datos incorrecta.
El objetivo de la presente invención es crear un
dispositivo y un procedimiento que hagan posible una determinación
segura de un valor de correlación.
Este objetivo se consigue por medio de un
dispositivo para la determinación de un valor de correlación según
la reivindicación 1 ó 9, un procedimiento para la determinación de
un valor de correlación según la reivindicación 8 ó 10 y un
programa de ordenador para la determinación de un valor de
correlación según la reivindicación 11.
La presente invención crea un dispositivo para
la determinación de un valor de correlación a partir de una
correlación entre una primera sucesión de valores con valores
complejos y una segunda sucesión de valores con valores complejos,
con las siguientes características:
un dispositivo de correlación, que está
conformado para determinar un primer valor de correlación parcial a
partir de una correlación entre una primer subconjunto de la primera
sucesión de valores y un primer subconjunto de la segunda sucesión
de valores, y un segundo valor de correlación parcial a partir de
una correlación entre un segundo subconjunto de la primera sucesión
de valores y un segundo subconjunto se la segunda sucesión de
valores;
un dispositivo de procesado, que está conformado
para, a partir del primer valor de correlación parcial y del
segundo valor de correlación parcial determinar un valor de
correlación parcial procesado con un término de fase adaptado;
y
un dispositivo de cálculo, que está conformado
para determinar el valor de correlación usando el valor de
correlación parcial procesado.
\vskip1.000000\baselineskip
El documento US 5 579 338 da a conocer la
determinación del valor de correlación de dos sucesiones de valores
complejos con la ayuda de valores de correlación, que se conforman
como sucesiones parciales. El máximo del valor del valor de
correlación se determina para determinar el instante de entrada de
una señal.
La presente invención se basa en el conocimiento
de que es ventajoso llevar a cabo el cálculo de una correlación
cruzada por medio de correlaciones parciales. La correlación
cruzada, en este caso, se rompe en piezas que se corresponden con
las correlaciones parciales. Por medio de una combinación de los
valores de correlación parciales se determina el valor de
correlación. Las sucesiones de la correlación pueden presentar
varios valores complejos, de manera que los valores de la
correlación, así mismo, pueden ser valores complejos, y con ello,
presentan un término de fase en el plano complejo. Por ejemplo, como
consecuencia de un desplazamiento de frecuencia de las series de
valores los términos de fase pueden ser diferentes. Para combinar
los valores de correlación parciales individuales, los valores de
correlación parcial procesados presentan un término de fase
adaptado, esto significa que el término de fase de los valores de
correlación parciales se ha modificado de tal manera que los
valores de correlación parciales procesados están solapados en el
plano de números complejos.
En caso de que el dispositivo conforme a la
invención se emplee en un sistema de transmisión, y en caso de que
se trate, en el caso de las series de valores, de una señal recibida
y una señal emitida que está en el receptor, entonces tiene lugar
el cálculo del valor de correlación, respectivamente, para cada
desplazamiento entre la señal recibida y la señal enviada existente
en el receptor.
El enfoque conforme a la invención es ventajoso,
ya que dentro de las breves correlaciones parciales no se produce
el efecto destructivo de una autoextinción de la correlación
cruzada. Con ello, el enfoque conforme a la invención hace posible
una determinación fiable de un valor de correlación, incluso cuando
entre las series de correlación haya un desplazamiento de
frecuencia. Otra ventaja reside en el hecho de que el cálculo de
los valores de correlación parcial se puede realizar de modo
paralelo.
Según un ejemplo de realización, se eliminan los
términos de fase de los valores de correlación parcial individuales,
y se suman los valores de correlación parcial procesados
resultantes de esto. La eliminación de los términos de fase se
puede realizar a través de una conformación del valor.
La eliminación de los términos de fase es
ventajosa ya que se ha de realizar una implementación
correspondiente de modo sencillo como consecuencia del reducido
coste de cálculo. Gracias a ello se puede determinar rápidamente el
valor de correlación.
Según otro ejemplo de realización, a partir de
valores de correlación parciales contiguos se conforma un valor de
correlación parcial, en el que los valores de correlación parcial
procesados presentan un término de fase adaptado que se corresponde
con la diferencia de fase de los valores de correlación parcial
contiguos. Los valores de correlación parcial procesados se suman
para determinar el valor de correlación. La determinación de la
diferencia de fase se puede realizar a través de una multiplicación
compleja conjuntada de valores de correlación parcial
contiguos.
Representa una ventaja una consideración de la
posición de fase de los valores de correlación parciales ya que la
determinación del valor de correlación también se puede realizar
incluso en el caso de una fuerte desviación de frecuencia entre
series de valores.
Según otro ejemplo de realización se determina
la diferencia de fase entre valores de correlación parciales
contiguos, y el término de fase de los valores de correlación
parciales individuales se reduce o se incrementa hasta tal punto
que los términos de fase de los valores de correlación parciales
están adaptados a un valor de correlación parcial seleccionado, por
ejemplo al primer valor de correlación. Así pues, todos los valores
de correlación parciales en el plano de números complejo se giran
hacia delante o hacia detrás hasta que están solapados con el
primer valor de correlación parcial. El valor de correlación se
determina por medio de una combinación de valores de correlación
parcial procesados solapados con el primer valor de correlación
parcial.
El ejemplo de realización se basa en el
conocimiento de que la variación de fase entre dos valores de
correlación parciales consecutivos es aproximadamente constante.
Después de una determinación del término de rotación, que se
corresponde con la variación de fase, se pueden sumar los valores de
correlación parciales complejos de modo coherente. Puesto que el
valor de los términos de rotación tiene en cuenta el tamaño, y con
ello la fiabilidad de los valores de correlación parciales, se
pueden ponderar los términos de rotación implicados con su
fiabilidad.
La adición coherente de los valores de
correlación parciales se puede realizar por medio de dos adiciones
separadas, en las que se suma, respectivamente, la mitad de los
valores de correlación parciales. Una ventaja de una implementación
de este tipo reside en el hecho de que se puede usar una cascada
según el esquema de Horner, gracias a lo cual se reduce el tiempo
de retardo en la adición. Otra ventaja reside en el hecho de que se
puede mantener en valores reducidos un posible error de fase en el
cálculo del valor de correlación. Esto es importante, ya que por
regla general no es posible estimar la fase en el término de
rotación sin errores. De modo correspondiente a la fase se puede
reducir un error en la normalización del término de rotación en el
cálculo de la serie de correlación cruzada, haciendo que la adición
se lleve a cabo por medio de dos sumas separadas.
La combinación conforme a la invención de
correlaciones parciales para el cálculo del valor de correlación es
robusta frente a desplazamientos en frecuencia, no pudiendo
estimarse el desplazamiento de frecuencia ni de modo explícito ni
de modo implícito.
Los ejemplos de realización preferidos de la
presente invención se explican a continuación con más detalle
haciendo referencia a los dibujos anexos. Se muestra:
Fig. 1 un diagrama de bloques de un
dispositivo para la determinación de un valor de correlación según
un ejemplo de realización de la presente invención;
Fig. 2 una representación gráfica de valores
de correlación parciales según la presente invención;
Fig. 3 un diagrama de dispersión de muestras
de correlación parcial según un ejemplo de realización de la
presente invención;
Fig. 4 una representación gráfica de la curva
de correlación según un ejemplo de realización de la presente
invención;
Fig. 5 una representación gráfica de la
relación entre la correlación y el suelo de la correlación en la
curva de correlación mostrada en la Fig. 4;
Fig. 6 un diagrama de dispersión de muestras
de correlación parciales según otro ejemplo de realización de la
presente invención;
Fig. 7 una representación gráfica de una curva
de correlación según otro ejemplo de realización de la presente
invención;
Fig. 8 una representación gráfica de la
relación entre la correlación y el suelo de la correlación según la
curva de correlación mostrada en la Fig. 7;
Fig. 9 una tabla con valores para una
estimación del valor según un ejemplo de realización de la presente
invención;
Fig. 10 una representación gráfica de valores
de correlación parciales según otro ejemplo de realización de la
presente invención;
Fig. 11 un diagrama de bloques de un receptor
con un dispositivo para la determinación de un valor de correlación
según un ejemplo de realización de la presente invención;
Fig. 12 un diagrama de bloques de otro ejemplo
de realización de la presente invención;
Fig. 13 un diagrama de bloques de un
dispositivo de correlación según un ejemplo de realización de la
presente invención;
Fig. 14 un diagrama de bloques de un
dispositivo para la determinación de un valor de correlación parcial
según un ejemplo de realización de la presente invención;
Fig. 15a a 15p visión general de los parámetros
usados; y
Fig. 16 una representación gráfica de un
cálculo del valor de correlación según el estado de la técnica.
En la siguiente descripción de los ejemplos de
realización preferidos de la presente invención se usan para los
elementos representados en los diferentes dibujos y que actúan de un
modo similar los mismos o similares símbolos de referencia,
prescindiéndose de una descripción repetida de estos elementos.
La Fig. 1 muestra una representación esquemática
de un dispositivo para la determinación de un valor de correlación
a partir de una correlación entre una primera serie de números y una
segunda serie de números según un ejemplo de realización de la
presente invención. El dispositivo 100 para la determinación de un
valor de correlación presenta un dispositivo de correlación 102, un
dispositivo de procesado 104 y un dispositivo de cálculo 106. El
dispositivo 100 está conformado para determinar a partir de una
primera serie de valores 112 y una segunda serie de valores 114 un
valor de correlación 116.
El dispositivo de correlación 102 está
conformado para recibir la primera serie de valores 112 y la segunda
serie de valores 114. Alternativamente, la segunda serie de valores
114 puede estar almacenada en el dispositivo de correlación. La
primera serie de valores 112 y la segunda serie de valores 114
pueden presentar valores complejos. El dispositivo de correlación
102 está conformado para determinar a partir de una correlación
entre un primer subconjunto de la primera serie de valores y un
primer subconjunto de la segunda serie de valores un primer valor
de correlación parcial 118. Además, el dispositivo de correlación
102 está conformado para a partir de un segundo subconjunto de la
primera serie de valores 112 y un segundo subconjunto de la segunda
serie de valores 114 determinar un segundo valor de correlación
parcial 120. Los subconjuntos de la primera serie de valores 112 y
de la segunda serie de valores 114 se corresponden. Esto significa
que los subconjuntos se determinan a partir de una prescripción de
división común a partir de las series de valores 112, 114. Según
este ejemplo de realización, los subconjuntos no se intersectan, y
cubren todo el intervalo de valores de las series de valores 112,
114. En caso de que las series de valores 112, 114 estén formadas,
por ejemplo, por 100 valores, entonces el primer subconjunto puede
estar formado, por ejemplo, por los primeros 50 valores de la
primera serie de valores 112 y de la segunda serie de valores 112, y
el segundo subconjunto a partir de los segundos 50 valores de las
series de valores 112, 114. En caso de que las series de valores
112, 114 estén divididas en otras series parciales, entonces el
dispositivo de correlación 102 está conformado para determinar a
partir de los otros subconjuntos de las series de valores 112, 114
otros valores de correlación.
Los valores de correlación parcial 118, 120 se
determina en el dispositivo de correlación 102 haciendo que los
subconjuntos correspondientes de las series de valores 112, 114 se
correlacionen entre ellos. En el caso de la correlación se puede
tratar de una correlación corta o de una autocorrelación. Puesto que
las series de valores 112, 114 presentan valores complejos, los
valores de correlación parcial 118, 120 pueden ser igualmente de
valor complejo, es decir, presentan un término de fase. El
dispositivo de correlación 102 proporciona los valores de
correlación parcial 118, 120 al dispositivo de procesado 104.
El dispositivo de procesado 104 está conformado
para recibir el primer valor de correlación parcial 118 y el
segundo valor de correlación parcial 120. En caso de que el
dispositivo de correlación 102 prepare otros valores de correlación
parciales, entonces el dispositivo de procesado 104 está conformado
para recibir igualmente los otros valores de correlación parcial.
El dispositivo de procesado 104 está conformado para determinar a
partir del primer valor de correlación parcial 118 y el segundo
valor de correlación parcial 120 un valor de correlación parcial
122 procesado con un término de fase adaptado. Alternativamente, el
dispositivo de procesado 104 puede estar conformado para determinar
a partir del primer valor de correlación parcial 118 y el segundo
valor de correlación parcial 120 el primer valor de correlación
parcial 122 procesado y un segundo valor de correlación parcial 124
procesado. Los valores de correlación parcial 122, 124 tienen un
término de fase adaptado. En caso de que no se requiera una
adaptación del término de fase de un valor de correlación parcial
118, 120, entonces se puede corresponder el término de fase de los
valores de correlación parciales 122, 124 procesados con el término
de fase correspondiente de los valores de correlación parciales 118,
120. El dispositivo de procesado 104 está conformado para
proporcionar el primer valor de correlación parcial 11 procesado y
el segundo valor de correlación parcial 124 procesado.
El dispositivo de cálculo 106 está conformado
para recibir el primer valor de correlación parcial 122 procesado y
el segundo valor de correlación parcial 124 procesado. En caso de
que el dispositivo de procesado 104 proporcione otros valores de
correlación parciales, entonces el dispositivo de cálculo 106 está
conformado para recibir estos otros valores de correlación parcial.
El dispositivo de cálculo 106 está conformado para proporcionar a
partir de los valores de correlación parciales 122, 124 procesados
el valor de correlación 116. En caso de que sólo se proporcione un
valor de correlación parcial 122 al dispositivo de cálculo 106,
entonces el dispositivo de cálculo 106 está conformado para
determinar el valor de correlación 116 a partir de un valor de
correlación parcial 122 procesado. En caso de que se proporcione un
gran número de valores de correlación parcial 122, 124 procesados
al dispositivo de cálculo 106, entonces el dispositivo de cálculo
106 está conformado para combinar entre ellos los valores de
correlación parcial 122, 124 procesados y proporcionar el resultado
de la combinación como valor de correlación 116.
Según este ejemplo de realización, el
dispositivo 100 es parte de un receptor (no mostrado en la Fig. 1)
de un sistema de transmisión digital. La primera serie de valores
112 es una sección de una serie de recepción recibida por el
receptor. Por ejemplo, en la primera serie de valores 112 se puede
tratar de una ráfaga digital, que se usa para la sincronización del
receptor a un emisor (no mostrado en la Fig. 1). La segunda serie de
valores 114 se corresponde con la primera serie de valores 112
original, tal y como se ha enviado originariamente al emisor. Para
determinar el instante de entrada de la primera serie de valores
112, la segunda serie de valores 114 que se corresponde con la
primera serie de valores 112 se conoce en el receptor. Por ejemplo,
la segunda serie de valores 114 puede estar almacenada en el
receptor o en el dispositivo 100, o puede ser recibida
alternativamente por éste. Alternativamente, la primera serie de
valores 112 puede ser parte de una serie de valores sucesiva. En
este caso, la primera serie de valores 112 se puede dividir en el
dispositivo 100 de modo sucesivo en subconjuntos que se
corresponden con los subconjuntos de la segunda serie de valores
114.
Según otro ejemplo de realización, el
dispositivo 100 está conformado para determinar un desplazamiento de
frecuencia entre la primera serie de valores 112 y la segunda serie
de valores 114, y proporcionarla como variación de fase 150. La
variación de fase 150 se puede determinar en el dispositivo de
procesado 104 a partir de una comparación o una combinación de los
valores de correlación parciales 118, 120.
El dispositivo de correlación 102 puede
presentar un dispositivo de correlación único o un gran número de
dispositivos de correlación. En caso de que el dispositivo de
correlación 102 presente únicamente un único dispositivo de
correlación, entonces se calculan los subconjuntos de las series de
valores 112, 114 en el dispositivo de correlación 102 una tras
otra. En caso de que el dispositivo de correlación 102 presente un
gran número de dispositivos de correlación parciales, entonces se
puede realizar en paralelo la determinación de los valores de
correlación parciales 118, 120. La combinación de los valores de
correlación parciales 122, 124 procesados en el dispositivo de
cálculo 106 se puede realizar por medio de la adición o solape de
los valores de correlación parciales 122, 124 procesados.
Según un ejemplo de realización de la presente
invención, en el dispositivo 100 se realiza una suma parcialmente
para un número t_nopartcorrs, abreviada en lo sucesivo con la
variable N, de secuencias de correlación parcial con longitud
t_partcorrseqlen, abreviadas en lo sucesivo por medio de la variable
M. Las secuencias de correlación parcial se corresponden con
subconjuntos de las series de valores 112, 114. En caso de que la
longitud de la ráfaga, es decir, la longitud del segundo
subconjunto 114, se designe con la letra K, entonces se tiene lo
siguiente para el cálculo del valor de correlación 116
Para n = 0 ... N-1, habiendo de
ser N*M \geq K, x[k] se corresponde con la segunda serie de
valores 114 e y[k+L] con la primera serie de valores 112. Un
alargamiento de x[k] desde la longitud original K a N*M se
realiza por medio del llenado con ceros en uno o en ambos extremos,
el denominado "zero-padding". La longitud
total N*M de la secuencia de correlación x[k]
zero-padded se designa con t_paddcorrseqlen, siendo
t_paddcorrseqlen > K.
En este ejemplo de realización están listas dos
ráfagas-T como series de valores. En la realización
del "zero-padding" de la
ráfaga-T X, presentando X el valor 0 ó 1, con
longitud tX_burstlen respecto a la secuencia de correlación con
longitud t_paddcorrseqlen se llenan
ceros antes del comienzo de la
ráfaga-T, y el resto, es
decir
ceros se rellenan en su
extremo.
Puesto que, en definitiva, se requieren
t_nocorrvals valores de correlación para una longitud de la
secuencia de correlación t_paddcorrseqlen, se considera en su
conjunto una ventana de señal de recepción de longitud
t_paddcorrseqlen+t_nocorrvals - 1 B_samples. Los valores que se encuentran en la ventana de la señal de recepción se corresponden con la primera serie de valores 112.
t_paddcorrseqlen+t_nocorrvals - 1 B_samples. Los valores que se encuentran en la ventana de la señal de recepción se corresponden con la primera serie de valores 112.
El receptor tiene la secuencia de correlación
con "zero-padding" para la
ráfaga-T X ya en forma de t_nopartcorrs secuencias
de correlación parcial de valores complejos tX_partcorrseqs para X =
0 ó 1, respectivamente con longitud t_parcorrseqlen, que se pueden
usar directamente en la suma mencionada anteriormente.
La Fig. 2 es una representación gráfica del
plano de números complejo para poner de manifiesto el principio de
las correlaciones parciales. En el siguiente ejemplo de realización
N=8 y M=174. A partir de esto resulta que N*M = 1.392 > K =
1.389, es decir, se han de llenar los tres ceros. Las flechas cortas
delgadas en la Fig. 2 representan la diferencia de fase que sigue
girando con el índice k entre x[k] y y[k+L]. En el
rayado se puede reconocer a lo largo de qué índice se calculan las
ocho correlaciones parciales. Las flechas largas gruesas
representan los resultados de las correlaciones parciales. Para la
ilustración se identifican algunos d estos segmentos, así como los
ocho resultados de las correlaciones parciales con símbolos de
referencia. El primer valor de correlación parcial
r_{yx,0}[l] está indicado por medio del símbolo de
referencia 118, y el segundo valor de correlación parcial
r_{yx,1}[l] está designado con el símbolo de referencia
120. Otro valor de correlación parcial, en este caso el octavo
valor de correlación parcial r_{yx,7}[L] está designado
por medio del símbolo de referencia 222. El primer valor de
correlación parcial 118 es un resultado de una correlación sobre un
primer subconjunto 230. El segundo valor de correlación parcial 120
se determina sobre un subconjunto 232 posterior. El octavo valor de
correlación parcial 222 se calcula por medio de correlación sobre
otro subconjunto 234, en este caso el octavo subconjunto de la serie
de valores.
A partir de la Fig. 2 se puede ver que las
correlaciones parciales r_{yx,n}[L] no desaparecen,
mientras que toda la correlación r_{yx}[L], es decir, la
correlación a lo largo de toda la serie de valores de k = 0 a k =
1.389 es igual a cero. En cada una de las correlaciones parciales
r_{yx,n}[L] es reducido el falseamiento como consecuencia
de la diferencia de fase que gira entre las series de valores
x[k] e y [k+L], ya que la diferencia de fase sólo modifica
pi/4. En este caso se toma como base el ejemplo descrito en la
introducción de la descripción.
A partir de la Fig. 2 se puede ver, además, que
en conjunto se calculan ocho valores de correlación parciales
r_{yx,n}[L] complejos, que ahora todavía se han de combinar
para conformar un único valor de correlación. La combinación de los
valores de correlación parciales se puede realizar de diferentes
maneras.
Según un ejemplo de realización, el dispositivo
de correlación 16 presenta correladores parciales, cuyas muestras
se leen en paralelo en el dispositivo de procesado. Las entradas
complejas del dispositivo de procesado se designan en lo sucesivo
con Input1, Input2, ..., Input 16, y la salida real para el valor de
correlación se designa con Output. A partir de las muestras
complejas de las 16 correlaciones parciales se calcula la señal de
correlación real o bien el valor de correlación real, para el que a
continuación se puede determinar un máximo.
Según este ejemplo de realización, la generación
de la señal de correlación real reside en el hecho de que los
valores absolutos de las 16 muestras de correlación parciales se
conforman y se suman. Esto significa que el valor de correlación
Output es
Una ventaja de la suma de los valores absolutos
reside en la sencilla implementación, ya que ahora sólo se requiere
un esfuerzo de cálculo requerido para la conformación de los valores
absolutos. Sin embargo, en caso de que aparezca un offset de
frecuencia se ha de seleccionar muy pequeño un umbral de decisión
relativo a si existe un máximo, en caso de que también se hayan de
detectar las ráfagas en un caso de este tipo. Esto resulta del
hecho de que la posición de fase relativa de las muestras que se han
de sumar entre ellas no se considera, lo que lleva a una reducción
de la ganancia de correlación.
Como ejemplo para ello en la Fig. 3 se reproduce
un diagrama de dispersión, cuyas muestras han sido obtenidas con un
desplazamiento relativo de frecuencia de 30 ppm y sin ruido a partir
de 16 correlaciones parciales. Existen puntos que en la Fig. 4,
después de la conformación del valor absoluto y de la suma de los 16
resultados de correlación parcial producen el pico en la señal de
correlación.
La Fig. 4 muestra una representación gráfica de
una curva de correlación, añadiéndose los valores de correlación
parciales por medio de la suma de los valores absolutos de las
correlaciones parciales. La curva de correlación representa una
correlación de la primera serie de valores con la segunda serie de
valores. Se han representado los valores de correlación
determinados en el dispositivo para la determinación de un valor de
correlación en la Fig. 4. El eje vertical representa el valor de
los valores de correlación individuales. A partir de la Fig. 4 se
puede ver que aproximadamente en el centro de la señal de
correlación existe un pico que se corresponde con un máximo del
valor de correlación.
La Fig. 5 es una representación gráfica de la
relación entre la correlación y el suelo de la correlación de la
señal de correlación mostrada en la Fig. 4. A partir de la relación
entre la correlación y el suelo de la correlación se pone de
manifiesto que el pico mostrado en la Fig. 4 incluso en el caso
libre de ruido sólo sobresale del suelo el triple.
Según otro ejemplo de realización de un
dispositivo para la determinación de un valor de correlación, como
consecuencia del desplazamiento de frecuencia que se produce entre
la primera serie de valores y la segunda serie de valores se
integran las diferentes posiciones de fase, en este ejemplo de
realización 16 muestras de correlación parciales entre ellas en el
cálculo de la señal de correlación. La integración de la posición
de fase entre los valores individuales de la correlación parcial
tiene la ventaja que cuando se produce un offset de frecuencia el
umbral de decisión de una decisión posterior, relativa a su un valor
de correlación representa un máximo, se puede elegir alto, de
manera que incluso en el caso de una señal con ruido sea posible
una detección de una ráfaga.
Según este ejemplo de realización se multiplican
de modo complejo conjugado dos muestras de entrada consecutivas o
bien valores de correlación parciales Input(i) e
Input(i+1), gracias a lo cual se calcula de modo indirecto
una diferencia de fase de las dos muestras. Si se designa el primer
valor de correlación parcial con z_{1} = r_{1} * exp(j *
\varphi_{1}) y el segundo valor de correlación con z_{2} =
r_{2} * exp(j * \varphi_{2}), entonces resulta la
multiplicación compleja conjugada del primer valor de correlación
parcial con el segundo valor de correlación parcial lo siguiente
z_{1} * z_{2}* = r_{1} * r_{2} * exp(j *
(\varphi_{1} - \varphi_{2})).* r_{2} * exp(j
*(\varphi_{1} - \varphi_{2})). En este caso, r_{1},
r_{2} indica la amplitud de los valores de correlación parcial, y
\varphi_{1} - \varphi_{2} la fase de los valores de
correlación parcial.
Los resultados de las 15 multiplicaciones
complejas conjugadas se suman, y se conforma el valor absoluto de
esta suma. Para la salida Output, que se corresponde con el valor de
correlación, resulta, con ello:
La Fig. 6 muestra un diagrama de dispersión de
todas las muestras de los 16 correladores parciales multiplicados
de modo complejo conjugado según este ejemplo de realización. Para
el diagrama de dispersión mostrado en la Fig. 6 se han multiplicado
las muestras de las 16 correlaciones parciales de la Fig. 3 entre
ellas de modo complejo conjugado. A diferencia de la Fig. 3, los
puntos en los que se conforma un máximo de la señal de correlación
se pueden diferenciar del resto de muestras.
La Fig. 7 muestra el resultado de la correlación
según este ejemplo de realización, uniéndose los resultados de las
correlaciones parciales según este ejemplo de realización teniendo
en cuenta la posición de fase entre las muestras de correlación
parcial. La señal de correlación mostrada en la Fig. 7 se
corresponde con ello la señal de correlación mostrada en la Fig. 4,
sumándose la señal de correlación mostrada en la Fig. 4 por medio
de la suma de los valores absolutos de las correlaciones parciales
sin tener en cuenta la posición de fase entre las muestras de
correlación parciales individuales. En la señal de correlación
mostrada en la Fig. 7 se han tenido en cuenta los términos de
fase.
La Fig. 8 muestra la relación entre la
correlación y el suelo de la correlación para la señal de
correlación mostrada en la Fig. 7. Mientras que en el ejemplo de
realización previo de la suma de los valores absolutos el máximo en
el caso libre de ruido y con un desplazamiento de frecuencia
relativo de 30 ppm sólo sobresale el triple del suelo de
correlación, el pico según este ejemplo de realización sobrepasa el
un factor 25. Así pues, la detección de un máximo es muy unívoca
con el método según este ejemplo de realización.
Por medio de la adición de los resultados de
valores complejos de las multiplicaciones complejas conjuntadas se
calcula un valor de correlación de valor complejo, cuyo valor
absoluto se determina a continuación. Por razones de implementación
se puede eliminar la raíz en el cálculo el valor absoluto, o sólo
sumar el valor de la parte real e imaginaria, es decir, en lugar de
104 se puede usar a^{2} + b^{2}, o |a| +
|b|, siendo z = a + j * b.
Otra posibilidad de la simplificación de la
conformación del valor absoluto 105 es el denominado
estimador de valor. El estimador de valor estima el valor del
número complejo z = a + j * b con la siguiente ecuación:
siendo \alpha y \beta
constantes, cuyo valor se ha de seleccionar dependiendo del máximo
error deseado y de la complejidad de la
implementación.
Al usar el estimador de valor con \alpha y
\beta fijos se mantienen los órdenes de magnitud de la señal de
correlación.
Para \alpha = 1 y \beta = 1 la ecuación se
corresponde con la suma de los valores de la parte real y de la
parte imaginaria. Como mejor aproximación para la conformación del
valor absoluto se ha acreditado el uso del estimador de valor con a
pareja de (\alpha, \beta) \alpha = 1 y \beta = 0,25.
Posibles valores del estimador de valor
alfa*min+beta*max se indican en la tabla mostrada en la Fig. 9.
El número de los valores de correlación
parciales no está limitado a 16, sino que se puede elegir de modo
arbitrario. A continuación se describe el cálculo del valor de
correlación considerando la posición de fase de los valores de
correlación parciales con un número N de correlaciones parciales. En
primer lugar se calculan las N correlaciones parciales, a través de
lo cual resultan los valores de correlación parciales
r_{yx,n}[1]. n es el número de la correlación parcial y 1
del índice del valor. Para evitar los efectos negativos descritos
del desplazamiento de frecuencia, se multiplican los valores de modo
complejo conjugado de dos correlaciones parciales sucesivas:
representando (.)* la conjugación
compleja. En este caso, para cada valor de correlación se lleva a
cabo una multiplicación, es decir, para cada índice 1. Para un
índice l, este valor w_{n}[l] posee para N = 1 a
N-1 la fase a, que procede del término de giro
complejo, es decir, del desplazamiento de frecuencia. Un error en
la fase a se ocasiona, sin embargo, por medio del ruido y
distorsiones el canal de transmisión. Finalmente se suman los
N-1 valores w_{n}[l] para n = 1 a
N-1. El resultado son los valores de correlación
s[1] para cada índice l. Esta suma es coherente, es decir
los w_{n}[l], es decir, la señal útil, se suman en
amplitud, mientras que el ruido y las distorsiones de la señal sólo
se suman en potencia. Con ello se suprimen las componentes
relativas de ruido y de distorsiones de señal por potencia con el
factor N-1. En una combinación de este tipo de
N-1 valores w_{n}[l] con 1 fijo, que se
basan en N valores de correlación parciales r_{yx,n}[l], la
ganancia de procesado tiene un valor de
N-1.
Según este ejemplo de realización, en la
prescripción del cálculo tiene lugar para s[l] una
ponderación que recuerda a una combinación de ratio máximo (MRC;
MRC = maximum ratio combining), debido a lo cual el cálculo de
s[l] sólo pierde poco de la posible ganancia de correlación.
Durante la recepción de la señal enviada se puede modificar varias
veces la relación señal/ruido SNIR (SNIR; SNIR =
Signal-to-Noise plus Interference
Ratio), ya que los emisores perturbadores continuos comienzan o
acaban con la irradiación de una señal. Simplificando, se puede
asumir que el SNIR dentro de una correlación parcial es
aproximadamente constante, y que además sólo se modifica
ligeramente entre dos correlaciones parciales contiguas. Para el
establecimiento de la ganancia de correlación máxima con el SNIR
variable en función del tiempo se puede usar el método MRC,
normalizándose para esta ganancia ruido más interferencia a un
valor constante, y ponderándose a continuación la señal recibida
con su amplitud compleja conjugada efectiva, antes de que se lleve a
cabo la suma para formar s[l].
Según la presente invención se calculan valores
de correlación que se entregan con valor complejo o con valor real
a través de correlaciones parciales. La determinación de una
diferencia de fase entre correlaciones parciales es una estimación
implícita del desplazamiento de frecuencia entre las series de
valores. Z[k] = y[k] * conj(x[m])
representa una muestra recibida y[k], que se ha multiplicado
de modo complejo conjugado con la muestra enviada x[m],
gracias a lo cual se ha eliminado la modulación. Para el cálculo de
un valor de correlación parcial, según un ejemplo de realización se
realiza el cálculo r_{yx,n}[l] = \sumz[k],
variando el índice k a lo largo de la región relevante para estas
correlaciones parciales n y para el índice 1 actual. Según este
enfoque no se multiplican z[k] y
conj(z[k-1]) entre ellos, a
continuación se determina la fase a partir de ello y se promedia
para una reducción del ruido entre varios términos de este tipo, o
alternativamente, en primer lugar la premediación y a continuación
la determinación de fase, realizándose la multiplicación conjugada
entre correlaciones parciales r_{yx,n}[l] y
r_{yx,n-1}[l].
Una ponderación tiene lugar de modo implícito.
En el cálculo de w_{n}[l] se pondera cada correlación
parcial r_{yx,n}[l] para n = 1 a N-1 con
(r_{yx,n}[l])*. Esto es, debido a la suposición de una
variación reducida del SNIR entre correlaciones parciales
contiguas, aproximadamente la amplitud compleja conjugada efectiva
de r_{yx,n}[l], hasta la diferencia de fase \alpha, que
sin embargo, no tiene un efecto destructivo sobre los valores de
correlación s[l] por medio del procedimiento de cálculo
mencionado anteriormente. Al igual que sucede en MRC, con ello se
introducen correlaciones parciales con más fuerza en la suma
s[l] que las correlaciones parciales perturbadas, poco
fiables.
En el resto del transcurso del algoritmo, según
este ejemplo de realización todavía es necesario trabajar con las
amplitudes de los valores de correlación s[l]. Además, los
valores originados en la implementación, dado el caso, se pueden de
representar de una manera distinta, por ejemplo como raíz del valor
de correlación s[l] o como valores logarítmicos, para
reducir la necesidad de almacenamiento de los valores de correlación
s[l]. Esto puede ser necesario, ya que por medio de la
multiplicación conjugada se ha cuadrado en escala lineal la región
dinámica de los valores de correlación.
La combinación de las correlaciones parciales
por medio de la multiplicación conjuntada, y la comunicación
posterior a través de los productos es robusta frente a un
desplazamiento de frecuencia, no habiéndose de estimar el
desplazamiento de frecuencia ni de modo explícito ni de modo
implícito.
Según otro ejemplo de realización, el
dispositivo de procesado mostrado en la Fig. 1 está conformado para
determinar una diferencia de fase media entre los valores de
correlación parciales. Adicionalmente, el dispositivo de procesado
está conformado para determinar un valor de correlación parcial
determinado como valor de correlación de diferencia, y entregarlo
sin modificarlo como valor de correlación parcial. Los términos de
fase de los otros valores de correlación parcial se limpian de modo
correspondiente a la diferencia de fase media, de manera que los
términos de fase de los otros valores de correlación parciales se
corresponden con el término de fase del valor de correlación de
referencia. En caso de que se defina el primer valor de correlación
parcial como valor de correlación de referencia, entonces se gira
hacia atrás el segundo valor de correlación parcial la diferencia
de fase sencilla, para que se produzca un solape del segundo valor
de correlación parcial procesado con el primer valor de correlación
parcial procesado. El tercer valor de correlación parcial se gira
hacia atrás el doble de la diferencia de fase media.
Alternativamente, también se pueden girar los valores de correlación
parciales previamente, o bien se pueden reflejar antes del giro,
para que sea posible una implementación del solape.
Tal y como se describe a partir de la Fig. 2, la
variación de fase entre dos valores de correlación parciales
consecutivos r_{yx,n}[l] es idealmente constante. Cuando la
variación de fase \alpha está estimada de modo correcto, entonces
se pueden sumar de modo coherente los N valores de correlación
parciales complejos de la siguiente manera:
Aquí, así pues, se gira hacia atrás en n-ésimo
valor de correlación parcial el ángulo n\cdot\alpha y se suma
sobre el valor de correlación parcial 0-ésimo. El resultado
r'_{yx}[l], que se designa con el nombre de variable
corrvals, está cerca del valor de correlación real que habría sin un
desplazamiento de frecuencia, es decir, sin una diferencia de fase
progresiva. Esto es válido para cualquier índice l = 0, ...,
t_nocorrvals - 1, no sólo para l = L. Con ello, por medio de la
combinación de los valores de correlación se puede calcular toda la
serie de correlaciones cruzadas con una muy buena
aproximación.
aproximación.
A partir de la prescripción de cálculo para
r'_{yx}[l] se puede ver que en la suma de los valores de
correlación parciales no se requiere realmente el ángulo \alpha,
sino un término de rotación e^{i \alpha } complejo, que en lo
sucesivo también se designa por medio del indicador comrotterm. Este
término de rotación se puede estimar encontrando primero el índice
1 para el que se ha de estimar la variación de fase \alpha a
partir de los valores de correlación parciales
r_{yx,n}[l]. En este ejem-
plo de realización, el valor correcto sería l = L. Este índice maxind0, designado en lo sucesivo como \hat{l}, se ha de en-
contrar haciendo que los N valores de correlación parciales r_{yx,n}[l] se sumen con el mismo índice, y a continuación se busque la suma de valor máxima para todos los índices l = 0, ..., t_nocorrvals - 1:
plo de realización, el valor correcto sería l = L. Este índice maxind0, designado en lo sucesivo como \hat{l}, se ha de en-
contrar haciendo que los N valores de correlación parciales r_{yx,n}[l] se sumen con el mismo índice, y a continuación se busque la suma de valor máxima para todos los índices l = 0, ..., t_nocorrvals - 1:
Para este índice \hat{l} se determinan las
N-1 variaciones de fase entre dos correlaciones
parciales consecutivas. Esta variación de fase se determina, sin
embargo, como término de rotación complejo
Para n = 1, ..., N-1. El valor
de estos términos de rotación w_{n} es, por lo general, diferente
de 1, pero su valor tiene en cuenta la magnitud, y con ello la
fiabilidad de los valores de correlación parcial que participan en
su cálculo.
El auténtico término de rotación e^{i \alpha }
buscado se consigue por medio de la suma de los N-1
términos de rotación
En este caso se pondera de modo implícito cada
término de rotación implicado con su fiabilidad. Esto significa que
un valor grande se corresponde con una fiabilidad elevada, y con
ello con un peso elevado en la suma.
El término de rotación e^{i \alpha } requerido
no ha de amplificar en el caso de una adición coherente, y debido a
ello ha de tener el valor 1. Debido a esto, no es igual a w, sino
que es proporcional. Un promedio de N-1 términos de
rotación w_{n} da como resultado una mejor estimación en caso de
que existan perturbaciones de la señal, entre otras por medio de
ruido térmico y Ritter de fase, en caso de que valores de
correlación individuales puedan estar muy falseados.
El término de rotación buscado comrotterm se
obtiene por medio de la normalización de w
Según otro ejemplo de realización, el
dispositivo para la determinación de un valor de correlación es
parte de un receptor que está conformado para recibir una
ráfaga-T en forma de la primera serie de valores. En
este caso, en cada ráfaga-T se transmite un bit de
canal. Este bit controla un salto de fase después de la mitad de la
ráfaga-T. Esto significa, que para el bit de canal =
0, la ráfaga-T se envía de la manera en la que
también esté en el receptor como secuencia de correlación en forma
de la segunda serie de valores. Por el contrario, para el bit de
canal = 1 se multiplica la segunda mitad de la
ráfaga-T con -1. Este posible salto de fase de 180º
se realiza siempre en la mitad de la ráfaga, también para
ráfagas-T con "zero-padding",
tal y como se han programado en el emisor, o bien tal y como
existen en el receptor como secuencia de correlación.
Según este ejemplo de realización, sin embargo,
no se multiplica la segunda mitad de la ráfaga-T
existente en B_samples con -1, sino que esta multiplicación se
realiza en una secuencia de símbolos QPSK que se toma como base,
que por medio del muestreado de la salida de un conformador de
impulsos de emisión se transforma en ráfaga-T, en
B_samples. Este hecho, sin embargo, se puede despreciar en la
secuencia, ya que la influencia sobre el algoritmo presentado es
marginal ya que la región de transición entre las mitades de la
ráfaga es corta en comparación con las longitudes de las
correlaciones parciales, y posee únicamente una energía reducida.
También se puede suponer que la segunda mitad de la ráfaga se
multiplica con +/- 1 cuando se ha de transmitir un 0/1.
A partir de la Fig. 10 se puede ver que los
valores de correlación parcial r_{yx,n}[l] realizan un
saldo de fase similar de 180º. El salto de fase se puede reconocer
entre los valores de correlación parciales r_{yx,3}[L] y
el valor de correlación parcial r_{yx,4}[L].
Para detectar el bit de canal, así pues, se ha
de detectar este saldo de fase.
En principio, el salto de fase se puede leer de
w_{N/2}. Sin embargo, este término de rotación w_{N/2} contiene
también una componente que se corresponde con la variación de fase
\alpha a partir del desplazamiento de frecuencia. Esta componente
\alpha se ha de compensar. Para ello, se ofrece el siguiente
procedimiento:
En primer lugar se estima de modo implícito la
variación de fase \alpha a partir del resto de términos de
rotación, en los que no se puede producir ningún saldo de fase como
consecuencia de los bits de canal:
Una compensación de la variación de fase y una
detección del bit de canal, el bit de canal estimado, se designa
con transmitbit, se realiza ahora según las siguientes reglas.
Transmitbit = 1 para Re(w_{N/2} \cdot \tilde{w}*) <
0, es decir, el salto de fase después de la compensación está entre
90º y 270º. En otro caso, transmitbit = 0, es decir, el salto de
fase está entre -90º y +90º. Con esta información se puede integrar
ahora también el término de rotación central en el cálculo de w.
Para transmitbit == 1 se tiene que w = \tilde{w} - w_{N/2} y
para transmitbit == 0 se tiene que w = \tilde{w} + w_{N/2}.
En lugar de calcular corrvals, es decir,
1060 para l = 0, ...,
t_nocorrvals-1, tal y como se describe según
106 se ofrece una variante que adicionalmente
considera y compensa también el salto de fase por medio de un bit
de canal transmitido:
En el caso de transmitbit == 1 se multiplica la
primera suma con -1, en el caso de transmitbit == 0 se multiplica
con +1. En realidad se debería multiplicar la suma posterior con +/-
1, pero la variante representada tiene el mismo valor.
Esta prescripción de cálculo tiene la ventaja de
que en la implementación se produce menor retardo cuando se usa una
cascada según el esquema de Horner, es decir, por ejemplo
Otra ventaja reside en el hecho de que la fase
en el término de rotación por regla general no se puede estimar sin
errores, de manera que en la primera variante de combinación según
107 aparece en la suma hasta el múltiplo
(N-1) de este error de fase, por medio de la
potenciación de la fase errónea con N-1. En la
variante representada en último lugar, que representa una suma
coherente mejorada de las correlaciones parciales, se introduce como
máximo el múltiplo N/2 de este error de fase.
En caso de que la normalización de comrotterm
108 no se pueda realizar de un modo muy preciso,
entonces una multiplicación con el término de rotación e^{i \alpha
} significa, de facto, una multiplicación con C\cdot e^{i \alpha
}, con C \neq 1, es decir, además de un giro de fase también una
amplificación o atenuación de valores de correlación parciales
individuales. Esto modifica de modo indeseado la forma de la serie
de correlación cruzada resultante. Esta fuente de errores se reduce
con la variante presentada en último lugar, ya que la amplificación
se realiza como máximo N/2 veces, en lugar de (N-1)
veces en la primera variante.
Según otro ejemplo de realización, en el
dispositivo para la determinación de un valor de correlación se
calculan otros valores en un algoritmo de correlación parcial que
está implementado en el dispositivo. Estos otros valores se
requieren, por ejemplo, en un control de secuencia de un
receptor.
Para la estimación SNIR se requiere, por
ejemplo, el valor de correlación cuadrado máximo maxsqcorr. Éste es
el valor 109 para el \hat{l} calculado
anteriormente.
Del mismo modo, para la estimación de SNIR se
requiere la energía recenerg de la señal recibida a lo largo de la
duración de la ráfaga T. Esta energía se puede calcular por medio de
la fórmula
En este caso hay que tener en cuenta que
y[k] tiene un valor complejo, y debido a ello, la potencia de
cada muestra se compone por la potencia de la componente I y de la
componente Q. Así pues, se calcula la energía para la sección de
señal que se solapa de modo óptimo con la secuencia de correlación
x[k] con longitud t_paddcorrseqlen = n * M. Puesto que esta
secuencia de correlación tiene "zero-padding",
la energía tampoco se suma en el caso ideal a lo largo de la
ventana que contiene la señal útil, sino que además se suma a lo
largo de una parte de la señal que contiene sólo ruido más ceros
con "padding". La suma a lo largo de una ventana más larga de
la señal recibida que la propia ráfaga-T llevaría a
una estimación de SNIR con errores. Este error sistemático se
compensa en el control de secuencia por medio del término de
corrección SNIRcorrfact.
A continuación se describe la ejecución del
cálculo de correlación parcial según un procedimiento, tal y como
está implementada en el dispositivo para la determinación de un
valor de correlación según un ejemplo de realización de la presente
invención. Los cálculos descritos se pueden realizar, por ejemplo,
en forma de una función de Matlab.
En un primer paso se constata por medio del
parámetro actual t_choice del control de secuencia si se ha de
correlacionar en una ráfaga-T 0 ó 1 del emisor
considerado, es decir, se seleccionan las secuencias de correlación
parciales correctas partcorrseqs para este emisor, tal y como ya se
ha descrito, el emisor puede elegir entre dos posibles
ráfagas-T. Las secuencias de correlación parcial se
corresponden en este caso con los subconjuntos de la segunda serie
de valores según la Fig. 1.
En un segundo paso se determinan para cada una
de las t_nopartcorrs correlaciones parciales los t_nocorrvals
valores de correlación parciales r_{yx,n}[l].
En un tercer paso se determina maxind0.
En un cuarto paso se determina \tilde{w}, en
un quinto paso se determina el transmitbit y w, en un sexto paso se
determina comrotterm, en un séptimo paso se determina corrvals, y
en un octavo paso se determinan maxsqcorr y recenerg.
Dado el caso, también se pueden simplificar
varios de los pasos indicados anteriormente, por ejemplo por medio
de una implementación subóptima, o se pueden realizar en otro módulo
de software, en caso de que, por ejemplo, su implementación en FPGA
fuera muy costosa. En caso de que el algoritmo se implemente en una
FPGA, entonces se han de quedar en la FPGA en cualquier caso las
operaciones intensivas en cálculo, que son principalmente las sumas
en vectores largos, tal y como se producen en los cálculos de
correlaciones parciales y en el cálculo de recenerg.
La Fig. 11 muestra un diagrama de bloques de un
receptor de un sistema de transmisión digital con un dispositivo
100 para la determinación de un valor de correlación según un
ejemplo de realización de la presente invención. Un mezclador 1150
entrega una señal recibida mezclada en la banda base (compleja) en
un Sample-Takt B_clock a un filtro 1152. El filtro
1152 está conectado a continuación del mezclador 1150. Una señal
recibida generada por el filtro adaptado 1152 es recibida en el
dispositivo 100 posterior para la determinación de un valor de
correlación. La señal recibida, que según la Fig. 1 se corresponde
con la primera serie de valores se correlaciona en el dispositivo
100 con una serie de señal conocida que se corresponde con la
segunda serie de valores. El dispositivo 100 está conformado para
proporcionar de modo continuo valores de correlación a partir de los
cuales se determina el máximo a continuación. Los valores de
correlación se pueden sobremuestrear en un bloque de sobremuestreo
1152 posterior. En el siguiente dispositivo 1156 para la detección
de un valor máximo de correlación se calcula la posición de los
máximos de correlación y se entrega una señal de disparo.
La Fig. 12 muestra una representación gráfica en
bloques de una unión de un dispositivo para la determinación de un
valor de correlación según un ejemplo de realización de la presente
invención en un receptor. El dispositivo 100 para la determinación
de un valor de correlación recibe una señal recibida a través de un
FIFO 1260. Un dispositivo de adquisición 1262 entrega al
dispositivo 100 una posición de ventana a través de la cual se
calculan las correlaciones parciales en el dispositivo 100. El
dispositivo 100 está conformado para proporcionar los valores de
correlación determinados a un dispositivo de correlación fina 1203.
Además de los valores de correlación, el dispositivo 100
proporciona informaciones sobre un bit de canal, valores de calidad,
así como flags al dispositivo de correlación final 1203. El
dispositivo de correlación fina 1203 está conformado para
determinar con la ayuda de una decisión de máximo a partir de los
valores de correlación un máximo, y a partir de éste se determina,
a su vez, el instante de entrada de una ráfaga contenida en la señal
recibida. La entrada de la cadena de procesado de señal mostrada en
la Fig. 12 representa una señal recibida a partir de una unidad de
antena, que se ha mezclado en una banda base compleja, y con eso se
encuentra en componentes I y Q, y que se ha muestreado en un reloj
de muestra B_clock. Este interfaz se realiza a partir de líneas del
tablero de correlación.
Para el procesado de cada señal recibida, el
emisor mostrado en este ejemplo de realización (no mostrado en las
Figuras) divide el procesado de señal mostrado en la Fig. 12 de modo
aproximado en las siguientes partes: adquisición, cálculo de la
correlación parcial y correlación fina. En el caso de la adquisición
tiene lugar una búsqueda continuada de una ráfaga-A
para la sincronización del receptor con el emisor. En el cálculo de
la correlación parcial para el trazado, que conforma la parte
intensiva en cálculo del algoritmo de Trucking, que sólo trabaja en
secciones o ventanas de la señal recibida, se busca la
ráfaga-T en la trama B_samples. Las correlaciones
finas se llevan a cabo en el ciclo de sobremuestreo. El dispositivo
de correlación fina 1203 trabaja con los valores de correlación que
provienen del cálculo de la correlación parcial 100, y busca la
ráfaga-T en una trama muy fina.
El algoritmo de adquisición usa
ráfagas-A en la señal recibida para predecir la
posición aproximada de una ráfaga-T en la señal
recibida.
Antes de la entrada del algoritmo de trazado se
retarda de modo apropiado la señal recibida con una FIFO. A partir
de la predicción de la posición del algoritmo de adquisición, el
algoritmo de trazado corta una ventana de la señal recibida, dentro
de la cual busca la ráfaga-T.
Esta búsqueda se realiza en dos pasos. En el
primer paso se determinan los valores de correlación para la
ráfaga-T en la trama B_sample en la ventana
predicha. El cálculo se realiza usando correlaciones parciales,
para reducir de un modo considerable la influencia del
desplazamiento de frecuencia en los valores de la correlación.
Además se extrae un bit de canal, y se determinan varios valores de
calidad para la señal recibida.
Los valores de correlación, el bit de canal
estimado, los valores de calidad así como los flags de señalización
se usan para interpolar los valores de correlación en una trama
mucho más fina que B_sample. Esto se designa como correlación fina.
En este caso tiene lugar una estimación muy precisa del
Time-of-Arrival, es decir, del
instante de entrada de la ráfaga. Además, a partir de los valores de
correlación se estiman otros valores de calidad.
La Fig. 13 muestra una representación
esquemática de un dispositivo para la determinación de un valor de
correlación según un ejemplo de realización de la presente
invención. Se muestra una construcción de un filtro de correlación
con a_nopartcorrs = 16 correladores parciales 1302.
En primer lugar se entrega la señal de entrada
Input 112 sin modificaciones a los 16 filtros de correlación
parciales, cuya construcción se muestra en la Fig. 14. Después de
que las señales filtradas salgan de los correladores parciales, se
ponen en los 16 puertos del dispositivo de combinación 1303, que
comprende las funciones del dispositivo de procesado mostrado en la
Fig. 1, así como del dispositivo de cálculo. La salida del
dispositivo mostrado en la Fig. 13 es real, ya que en el extremo del
dispositivo de combinación 1303 se conforma el valor absoluto de la
señal Output 116. Las salidas de los 16 correladores parciales son
complejas.
La Fig. 14 muestra una representación
esquemática de un filtro de correlación parcial 1302 mostrado en la
Fig. 13. El filtro de correlación parcial está conformado para
recibir una primera serie de valores 112, y entregar un primer
valor de correlación parcial 118. El filtro de correlación presenta
un filtro M12, así como un elemento de retardo M7, que están unidos
entre ellos. Las señales en las redes net1, 9, 15 son complejas, y
presentan una tasa de datos B_clock_48. El diagrama de bloques es
idéntico para los a_nopartcorrs filtros de correlación parciales.
En primer lugar se filtra la señal puesta en el bloque
0-4-1-1-1-2-1-1,
y a continuación se retarde en el bloque
0-4-1-1-1-2-1-2.
Las diferencias entre los filtros de correlación parciales se
encuentran en los diferentes coeficientes de filtros y en los
diferentes retardos. Los diferentes coeficientes de filtros y los
diferentes retardos dependen de los subconjuntos de las series de
valores. Los retardos se requieren para que todas las correlaciones
parciales estén adaptadas temporalmente, y después de este plano se
puedan volver a juntar para formar una señal de correlación.
\newpage
La división de los coeficientes del filtro se
realiza según el siguiente esquema. Los elementos reales de la
ráfaga de adquisición a_burstseq son real_a_burstseq. Los elementos
imaginarios de la ráfaga de adquisición a_burstseq, que sólo
existen en el caso de una secuencia de regencia cuaternaria, son
i-mag_a_burstseq. La longitud de las secuencias de
correlación real_a_burstseq y imag_a_burstseq es a_burstlen.
a_nopartcorrs es el número de los correladores parciales.
110 es el número de los coeficientes de filtrado en
un filtro parcial. Por ejemplo, con ello el filtro de correlación
parcial 1 posee del plano
0-4-1-1-1-2-1
posee los coeficientes:
- real_a_burstseq(a_burstlen hasta a_burstlen - partcorrlen + 1),
- conj(imag_a_burstseq(a_burstlen hasta a_burstlen - partcorrlen + 1));
\vskip1.000000\baselineskip
El filtro de correlación parcial 2 del plano
0-4-1-1-1-2-2
posee los coeficientes:
- real_a_burstseq(a_burstlen -partcorrlen hasta a_burstlen - 2* partcorrlen + 1),
- conj(imag_a_burstseq(a_burstlen - partcorrlen hasta a_burstlen - 2 * partcorrlen + 1));
\vskip1.000000\baselineskip
Y el filtro de correlación n posee los
coeficientes:
- real_a_burstseq(a_burstlen - (n - 1) * partcorrlen hasta a_burstlen - n * partcorrlen + 1),
- conj(imag_a_burstseq(a_burstlen - (n - 1) * partcorrlen hasta a_burstlen - n * partcorrlen + 1));
\vskip1.000000\baselineskip
El filtro de correlación a_nopartcorrs posee en
el caso de 16 correladores parciales los coeficientes:
- real_a_burstseq(partcorrlen hasta 1, zeros(1 a a_nopartcorrs * partcorrlen - a_burstlen)),
- conj(imag_a_burstseq(partcorrlen a 1), zeros(1 a a_nopartcorrs * partcorrlen - a_burstlen)).
\vskip1.000000\baselineskip
El número de los elementos de retardo depende
igualmente del número del filtro de correlación parcial. No se ha
de añadir en el filtro de correlación parcial 1 ningún cero, en el
filtro de correlación parcial 2 partcorrlen, en el filtro de
correlación parcial n (n - 1) * partcorrlen y en el filtro de
correlación parcial a_nopartcorrs (a_nopartcorrs - 1) *
partcorrlen.
Con a_corrburst se designa la siguiente
señal.
- A_corrburst = [flipr(conj(a_burstseq)), zeros(1, a_nopartcorrs * partcorrlen - a_burstlen)].
\vskip1.000000\baselineskip
Con ello pertenecen al filtro de correlación ii
los coeficientes a_corrburst((ii - 1) * partcorrlen + 1 a ii *
partcorrlen).
Una estimación del desplazamiento de frecuencia
coffsestppm se realiza a través de la fórmula
- Coffsestppm = ángulo(comrotterm)/(2*\pi*t_partcorrseqlen/b_clock)/carfreq*1e6
\vskip1.000000\baselineskip
Se estima la raíz cuadrada media con la amplitud
de la señal compleja recibida durante la secuencia de correlación
completa, es decir, durante el encadenamiento de todas las
correlaciones parciales. Se observa que la ráfaga-T
puede ser claramente más corta, de manera que el RMS resultante
durante la secuencia de correlación es mucho menor de lo que
debería ser cuando se mide durante la ráfaga-T.
En las siguientes Fig. 15a a 15p se definen los
parámetros previos.
El parámetro a_corrburst define la señal de
correlación que según la Fig. 1 se corresponde con la primera serie
de valores.
El parámetro a_corrburstlen define la longitud
de la señal de correlación en símbolos.
El parámetro comrotterm define el término de
rotación estimado para la compensación de un desplazamiento de
frecuencia en las correlaciones parciales.
El parámetro corrvals define los valores de
correlación complejos calculados en la FPGA.
El parámetro maxind0 define un índice, contado a
partir de cero, del valor de correlación corrvals con valor
máximo.
El parámetro recenerg define la energía de la
señal de recepción como suma calculada en los componentes I y Q a
lo largo de la posición estimada de la ráfaga-T
dentro de la ventana.
El parámetro t_nocorrvals define el número de
valores de correlación parciales de trazado.
El parámetro t_nopartcorrs define el número de
las correlaciones parciales de trazado para combatir el
desplazamiento de frecuencia.
El parámetro t_paddcorrseqlen define la longitud
total de las secuencias de correlación parciales de trazado, dado
el caso con "zero-padding". El parámetro ha de
ser un múltiplo de t_nopartcorrs. Debería ser aproximadamente
t_burstmaxlen o, en caso de que fuera necesario, menor, y debería
ser igual para todos los emisores.
El parámetro t_partcorrseqlen define la longitud
de cada secuencia de correlación parcial de trazado.
El parámetro t0_partcorrseqs define las
secuencias de correlación parcial de trazado para la
ráfaga-T 0 del emisor considerado.
El parámetro t1_partcorrseqs define las
secuencias de correlación parcial de trazado para la
ráfaga-T 1 del emisor considerado.
El parámetro transmitbit define el bit de canal
transmitido estimado.
El parámetro toa define el instante de entrada
TOA estimado del comienzo de la ráfaga-T.
El parámetro winstartpos define el sello
temporal del comienzo de la ventana en la que se han calculado los
valores de correlación.
El parámetro a_nopartcorrs define el número de
las correlaciones parciales en el algoritmo de recepción de la
ráfaga de adquisición.
Aunque en los ejemplos de realización previos se
ha hecho referencia a un sistema de comunicación digital, el
enfoque conforme a la invención se puede usar para la determinación
de un valor de correlación para cualquier serie de valores, los
valores de correlación parciales se pueden determinar por medio de
correlaciones cruzadas, autocorrelaciones u otros tipos de
correlaciones. El enfoque según la invención se puede emplear, en
particular, para secuencias de correlación con valores complejos,
si bien también funciona para secuencias de correlación de valor
real.
Dependiendo de las particularidades, el
procedimiento conforme a la invención para la determinación de un
valor de correlación se puede implementar en hardware o en software.
La implementación se puede realizar sobre un medio de
almacenamiento digital, en particular un disquete o un CD con
señales de control legibles electrónicamente, que pueden
interactuar con un sistema de ordenador programable de tal manera
que se ejecute el procedimiento correspondiente. Por lo general, la
invención, con ello, también consta de un producto de programa de
ordenador con un código de programa almacenado en un soporte
legible por medio de una máquina para la realización del
procedimiento correspondiente cuando el producto del programa de
ordenador se ejecuta en un ordenador. Expresado con otras palabras,
la invención, con ello, se puede realizar como un programa de
ordenador con un código de programa para la realización del
procedimiento cuando el programa de ordenador se ejecuta en un
ordenador.
Claims (11)
1. Dispositivo (100) para la determinación de un
valor de correlación a partir de una correlación entre una primera
serie de valores con valores complejos y una segunda serie de
valores con valores complejos, con las siguientes
características:
- un dispositivo de correlación (102) que está conformado para determinar un primer valor de correlación parcial (118) a partir de una correlación entre un primer subconjunto de la primera serie de valores (112) y un primer subconjunto de la segunda serie de valores (114), y un segundo valor de correlación parcial (120) a partir de una correlación entre un segundo subconjunto de la primera serie de valores (112) y un segundo subconjunto de la segunda serie de valores (114);
- un dispositivo de procesado (104) que está conformado para determinar a partir del segundo valor de correlación parcial un segundo valor de correlación parcial (124) procesado con un término de fase adaptado a un término de fase del primer valor de correlación parcial (118); y
- un dispositivo de cálculo (106) que está conformado para determinar el valor de correlación (116) usando el segundo valor de correlación parcial procesado,
en el que el dispositivo de procesado (104) está
conformado para determinar una diferencia de fase entre los valores
de correlación parciales (118, 120), y para determinar el segundo
valor de correlación parcial (124) procesado por medio del giro del
segundo valor de correlación parcial (120) alrededor de la
diferencia de fase definida así, y en el que el dispositivo de
cálculo (106) está conformado para determinar el valor de
correlación (116) por medio de la suma del primer valor de
correlación parcial y del segundo valor procesado de correlación
parcial.
\vskip1.000000\baselineskip
2. Dispositivo según la reivindicación 1, en el
que el dispositivo de correlación (102) está conformado para
determinar los subconjuntos según una prescripción de división común
a partir de la primera y de la segunda serie de valores (112,
114).
3. Dispositivo según una de las reivindicaciones
1 ó 2, en el que el dispositivo está diseñado para almacenar o para
recibir la primera serie de valores (114).
4. Dispositivo según una de las reivindicaciones
1 a 3, en el que la diferencia de fase es una diferencia de fase
media entre los valores de correlación parciales, y en el que el
dispositivo de procesado está diseñado para reducir términos de
fase del segundo valor de correlación parcial procesado y de otro
valor de correlación parcial determinado a partir de una
correlación entre otro subconjunto de la primera serie de valores y
otro subconjunto de la segunda serie de valores de modo
correspondiente a la diferencia de fase media, para adaptar los
términos de fase del segundo valor de correlación parcial procesado
y de los demás.
5. Dispositivo según una de las reivindicaciones
1 a 4, en el que la diferencia de fase es una diferencia de fase
media entre los valores de correlación parciales, y en el que el
dispositivo de procesado está diseñado para reducir el término de
fase del segundo valor de correlación parcial procesado de modo
correspondiente a la diferencia de fase media, y para incrementar
otro término de fase de otro valor de correlación parcial
determinado a partir de una correlación entre otro subconjunto de la
primera serie de valores y otro subconjunto de la segunda serie de
valores de modo correspondiente a la diferencia de fase media, para
adaptar los términos de fase del segundo valor de correlación
parcial y de otros al término de fase del primer valor de
correlación parcial.
6. Dispositivo según una de las reivindicaciones
1 a 5, en el que el dispositivo de procesado (104) está conformado
para determinar la diferencia de fase como suma normalizada a partir
de multiplicaciones conjugadas complejas de valores de correlación
parciales contiguos.
7. Dispositivo según una de las reivindicaciones
1 a 6, en el que la primera serie de valores es parte de una serie
de recepción, y en el que la segunda serie de valores es parte de
una serie de emisión, en el que la serie de recepción y la serie de
emisión presentan un desplazamiento de frecuencia, y en el que el
dispositivo de procesado está conformado para determinar el
desplazamiento de frecuencia.
8. Procedimiento para la determinación de un
valor de correlación en un receptor a partir de una correlación
entre una primera serie de valores con valores complejos y una
segunda serie de valores con valores complejos, en el que la
primera serie de valores es parte de una serie de recepción recibida
por el receptor, que presenta los siguientes pasos:
- Determinación de un primer valor de correlación parcial (118) a partir de una correlación entre el primer subconjunto de la primera serie de valores (112) y un primer subconjunto de la segunda serie de valores (114), y determinación de un segundo valor de correlación parcial (120) a partir de una correlación entre el segundo subconjunto de la primera serie de valores (112) y un segundo subconjunto de la segunda serie de valores (114);
- Determinación de un segundo valor de correlación parcial procesado con término de fase adaptado a un término de fase del primer valor de correlación parcial (118) a partir del segundo valor de correlación parcial; y
- determinación del valor de correlación usando el segundo valor de correlación parcial procesado,
en el que la determinación del segundo valor de
correlación parcial procesado comprende una determinación de la
diferencia de fase entre los valores de correlación parciales (118,
120), así como una determinación del segundo valor de correlación
parcial procesado por medio del giro del segundo valor de
correlación parcial alrededor de la diferencia de fase determinada
de esta manera; y en el que la determinación del valor de
correlación comprende una suma del primer valor de correlación
parcial y del segundo valor de correlación parcial procesado.
\vskip1.000000\baselineskip
9. Dispositivo (100) para la determinación de un
instante de entrada de una señal a partir de una correlación entre
una primera serie de valores con valores complejos y una segunda
serie de valores con valores complejos, con las siguientes
características:
- un dispositivo de correlación (102) que está conformado para determinar un primer valor de correlación parcial (118) a partir de una correlación entre un primer subconjunto de la primera serie de valores (112) y un primer subconjunto de la segunda serie de valores (114), un segundo valor de correlación parcial (120) a partir de una correlación entre un segundo subconjunto de la primera serie de valores (112) y un segundo subconjunto de la segunda serie de valores (114), así como un tercer valor de correlación parcial a partir de una correlación entre un tercer subconjunto de la primera serie de valores y un tercer subconjunto de la segunda serie de valores;
- un dispositivo de procesado (104), que está conformado para determinar a partir del primer valor de correlación parcial, el segundo valor de correlación parcial y el tercer valor de correlación parcial un primer valor de correlación parcial procesado (122), y un segundo valor de correlación parcial procesado; y
- un dispositivo de cálculo (106) que está conformado para determinar usando los valores de correlación parcial procesados el valor de correlación (116),
- en el que el dispositivo de procesado (104) está conformado para determinar el primer valor de correlación parcial procesado (122) a partir de una multiplicación compleja conjugada del primer y del segundo valor de correlación parcial (118, 120),
- y para determinar el segundo valor de correlación parcial procesado a partir de una multiplicación compleja conjugada del segundo y del tercero valor de correlación parcial;
- en el que el dispositivo de cálculo está conformado para sumar el primer valor de correlación parcial procesado y el segundo valor de correlación parcial procesado para calcular el valor de correlación de valor complejo; y
- en el que el dispositivo, además, está diseñado para detectar un máximo del valor del valor de correlación para determinar el instante de entrada de la señal a partir del máximo del valor del valor de correlación.
\vskip1.000000\baselineskip
10. Procedimiento para la determinación de un
instante de entrada de una señal a partir de una correlación entre
una primera serie de valores con valores complejos y una segunda
serie de valores con valores complejos, en el que el procedimiento
presenta los siguientes pasos:
- Determinación de un primer valor de correlación parcial (118) a partir de una correlación entre el primer subconjunto de la primera serie de valores (112) y un primer subconjunto de la segunda serie de valores (114), determinación de un segundo valor de correlación parcial (120) a partir de una correlación entre un segundo subconjunto de la primera serie de valores (112) y un segundo subconjunto de la segunda serie de valores (114), así como determinación de un tercer valor de correlación parcial a partir de una correlación entre un tercer subconjunto de la primera serie de valores y un tercer subconjunto de la segunda serie de valores;
- Determinación de un primer valor de correlación parcial procesado con término de fase adaptado a partir del primer valor de correlación parcial y el segundo valor de correlación parcial por medio de la realización de una multiplicación compleja conjugada del primer valor de correlación parcial y del segundo valor de correlación parcial;
- Determinación de un segundo valor de correlación parcial procesado por medio de la realización de una multiplicación compleja conjugada del segundo valor de correlación parcial y del tercer valor de correlación parcial; y
- Determinación del valor de correlación usando el primer y el segundo valor de correlación parcial procesados,
en el que la determinación del valor de
correlación presenta los siguientes pasos:
- Suma del primer valor de correlación parcial procesado y del segundo valor de correlación parcial procesado para calcular un valor de correlación de valor complejo; y
- Detección de un máximo del valor del valor de correlación para determinar el instante de entrada de la señal a partir del máximo del valor del valor de correlación.
\vskip1.000000\baselineskip
11. Programa de ordenador con un código de
programa para la realización del procedimiento según la
reivindicación 8 o la reivindicación 10, cuando el programa del
ordenador se ejecuta en un ordenador.
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