FR2670967A1 - A method and a device for recovering a carrier - Google Patents
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Abstract
Description
UNE METHODE ET UN DISPOSITIF DE RECUPERATION
D'UNE PORTEUSE
Le domaine de l'invention est celui des systèmes de communication, plus particulièrement les systèmes de communication par satellites, utilisant la transmission de données numeriques par impulsion. De tels systèmes de communication utilisent en outre les techniques d'accés multiples par répartition temporelle d'impulsions. Dans les systèmes d'accés multiples par répartition temporelle d'impulsions, l'estimation de phase sur chaque impulsion successive est une nécessité du fait qu'on utilise des modulations à plusieurs états de phase désignées par les initiales m-PSK ( m Phase
Shift Keying ), par exemple une modulation du type QPSK ( Quadrature Phase shift Keying) pour optimiser le rendement spectral.L'invention concerne plus particulièrement une méthode de récupération d'une porteuse pour de telles modulations. L'invention s'étend à un dispositif de mise en oeuvre d'une telle méthode.A RECOVERY METHOD AND DEVICE
OF A CARRIER
The field of the invention is that of communication systems, more particularly satellite communication systems, using the transmission of digital data by pulse. Such communication systems also use multiple access techniques by time division of pulses. In multiple access systems by time division of pulses, the phase estimation on each successive pulse is a necessity because we use modulations with several phase states designated by the initials m-PSK (m Phase
Shift Keying), for example a modulation of the QPSK (Quadrature Phase shift Keying) type to optimize the spectral efficiency. The invention relates more particularly to a method of recovering a carrier for such modulations. The invention extends to a device for implementing such a method.
L'article "Nonlinear Estimation of PSK Nodulated Carrier Phase With Application to Burst
Digital Transmission" de A. VITERBI publié dans la revue IEEE TRANSACTIONS ON INFORMATION THEORY, Vol IT29, N" 4, Juillet 1983 décrit un dispositif et une méthode de récupération de porteuse pour des modulations à m états de phase pour pallier les inconvénients des techniques de récupération de porteuse à base d'une boucle à verrouillage de phase.The article "Nonlinear Estimation of PSK Nodulated Carrier Phase With Application to Burst
Digital Transmission "by A. VITERBI published in the journal IEEE TRANSACTIONS ON INFORMATION THEORY, Vol IT29, N" 4, July 1983 describes a device and a method of carrier recovery for modulations with m phase states to overcome the drawbacks of the techniques carrier recovery based on a phase locked loop.
Cette méthode connue est basée sur l'utilisation d'une technique d'estimation non-linéaire de la phase de la porteuse. This known method is based on the use of a non-linear estimation technique of the carrier phase.
En se reportant à la figure 1A, les symboles
S décodés par le récepteur, après démodulation quadratique, sont constitués de premiers codes X, Y exprimés sous forme de coordonnées cartésiennes. Les codes successifs X, Y constituent les deux trains binaires issus des filtres (non représentés) du récepteur.Referring to Figure 1A, the symbols
S decoded by the receiver, after quadratic demodulation, consist of first codes X, Y expressed in the form of Cartesian coordinates. The successive codes X, Y constitute the two binary trains originating from the filters (not shown) of the receiver.
Les premiers codes X, Y sont passés dans des moyens de transformation non-linéaire pour fournir des seconds codes X1, Y1 exprimés sous forme de coordonnées cartésiennes. Dans le cas d'une démodulation quadratique à quatre états de phase, les premiers codes
X, Y exprimés sous forme cartésienne sont transformés successivement en coordonnées polaires et de nouveau en coordonnées cartésiennes (20, 40) au travers d'une transformation non-linéaire (30), incluant l'élévation à une puissance entière de la première coordonnée polaire et la multiplication par quatre de la seconde coordonnée polaire avant la transformation coordonnées polaires-coordonnées cartésiennes, pour fournir des seconds codes X1, Y1 exprimés sous forme de coordonnées cartésiennes.Les seconds codes X1, Y1 sont mémorisés dans des moyens de mémorisation 50, pour un nombre L prédéterminé de symboles S définissant un intervalle d'estimation de phase centré sur un symbole particulier, pour fournir des troisièmes codes X1 moy,
Yl~moy représentatifs respectivement d'une moyenne desdits seconds codes mémorisés. Parallèlement à cette mémorisation, les symboles S sont retardés dans un moyen de retard (90) à partir du symbole particulier.The first codes X, Y are passed through non-linear transformation means to provide second codes X1, Y1 expressed in the form of Cartesian coordinates. In the case of a quadratic demodulation with four phase states, the first codes
X, Y expressed in Cartesian form are successively transformed into polar coordinates and again into Cartesian coordinates (20, 40) through a non-linear transformation (30), including the elevation to an integer of the first polar coordinate and multiplying by four the second polar coordinate before the transformation of polar coordinates to Cartesian coordinates, to provide second codes X1, Y1 expressed in the form of Cartesian coordinates. The second codes X1, Y1 are stored in memory means 50, for a predetermined number L of symbols S defining a phase estimation interval centered on a particular symbol, to supply third codes X1 avg,
Yl ~ avg respectively representative of an average of said second stored codes. In parallel with this storage, the symbols S are delayed in a delay means (90) from the particular symbol.
Les troisièmes codes Xl~moy, Y1 moy sont convertis ensuite en coodonnées polaires dans un moyen de calcul (60) pour fournir un angle de déphasage instantanné
Théta~inst. Un moyen de correction (80) calcule enfin des quatrièmes codes X~est, Y~est constituant le symbole particulier décidé à partir dudit angle de déphasage instantanné et desdits premiers codes constituant le symbole particulier pour corriger un écart de phase de la porteuse.The third codes Xl ~ avg, Y1 avg are then converted into polar co-ordinates in a calculation means (60) to provide an instantaneous phase shift angle
Theta ~ inst. A correction means (80) finally calculates fourth codes X ~ is, Y ~ is constituting the particular symbol decided from said instantaneous phase shift angle and said first codes constituting the particular symbol for correcting a phase difference of the carrier.
Par consequent l'angle de déphasage Theta~inst vient ramener la constellation dans la position adéquate pour la prise de décision d'un symbole particulier. Consequently, the phase shift angle Theta ~ inst brings the constellation back to the correct position for the decision-making of a particular symbol.
Toutefois cette méthode connue ne permet de corriger que des écarts de phase sensiblement constants et faibles entre la fréquence porteuse d'émission et la fréquence porteuse de réception. Dans le cas où cet écart de phase évolue au court du temps, par exemple de façon cumulative, la méthode de VITERBI ne permet pas la poursuite au-delà du premier quadrant [0, Pi/2] du cercle trigonométrique. En effet l'angle de déphasage instantanné correspond au déphasage instantanné mesuré entre un symbole particulier et le symbole précédent. However, this known method only corrects substantially constant and small phase differences between the transmit carrier frequency and the receive carrier frequency. In the case where this phase difference changes over time, for example cumulatively, the VITERBI method does not allow tracking beyond the first quadrant [0, Pi / 2] of the trigonometric circle. In fact, the instantaneous phase shift angle corresponds to the instantaneous phase shift measured between a particular symbol and the previous symbol.
Par conséquent cette méthode de récupération de porteuse n'est pas adaptée pour corriger des sauts de phase supérieurs à Pi/2 et des écarts de fréquences entre la fréquence émission et la fréquence réception qui se cumulent.Consequently, this carrier recovery method is not suitable for correcting phase jumps greater than Pi / 2 and frequency differences between the transmission frequency and the reception frequency which are cumulative.
La présente invention a pour objet de pallier cet inconvénient. A cet effet l'invention propose une méthode de récupération d'une porteuse pour des modulations à plusieurs états de phase, notamment des modulations QPSK, dans laquelle
- on fait subir à des symboles S reçus, constitués de premiers codes X, Y exprimés sous forme de coordonnées cartésiennes, une transformation nonlinéaire pour fournir des seconds codes X1, Y1 exprimés sous forme de coordonnées cartésiennes,
- on mémorise lesdits seconds codes pour un nombre L prédétermine de symboles S définissant un intervalle d'estimation de phase centré sur un symbole particulier, pour fournir des troisièmes codes Xl~moy, Y1 moy représentatifs respectivement d'une moyenne desdits seconds symboles mémorisés,
- on calcule un angle de déphasage instantanné Theta~inst relatif audit symbole particulier à partir desdits troisièmes codes,
méthode c a r a c t é r i s é e en ce qu'elle comprend en outre les étapes suivantes:
- on cumule successivement les angles de déphasage instantannés pour fournir un angle de phase estimé Theta~est et on calcule des quatrièmes codes X est, Y~est constituant le symbole particulier décidé à partir des premiers codes constituant ledit symbole considéré retardé et dudit angle de phase estimé pour corriger un écart de phase de la porteuse.The object of the present invention is to overcome this drawback. To this end, the invention proposes a method for recovering a carrier for modulations with several phase states, in particular QPSK modulations, in which
- symbols S received, made up of first codes X, Y expressed in the form of Cartesian coordinates, are subjected to a nonlinear transformation to provide second codes X1, Y1 expressed in the form of Cartesian coordinates,
said second codes are memorized for a predetermined number L of symbols S defining a phase estimation interval centered on a particular symbol, in order to provide third codes Xl ~ avg, Y1 avg respectively representative of an average of said second memorized symbols,
- an instantaneous phase shift angle Theta ~ inst relative to said particular symbol is calculated from said third codes,
characterized method in that it further comprises the following steps:
- the instantaneous phase shift angles are successively cumulated to provide an estimated phase angle Theta ~ east and fourth codes X is calculated, Y ~ is constituting the particular symbol decided from the first codes constituting said symbol considered delayed and said angle of phase estimated to correct a phase difference of the carrier.
L'invention s'étend à un dispositif comprenant:
- des moyens d'entrées pour recevoir des symboles S constitués de premiers codes X, Y exprimés sous forme de coordonnées cartésiennes,
- des moyens de transformation non-linéaire pour fournir des seconds codes X1, Y1 exprimés sous forme de coordonnées cartésiennes en réponse auxdits premiers codes,
- des moyens de mémorisation desdits seconds codes pour un nombre L prédéterminé de symboles pour fournir des troisièmes codes X1 moy, Yl~moy représentatifs respectivement d'une moyenne desdits seconds codes,
- un moyen de retard pour retarder lesdits symboles à partir d'un symbole particulier,
- un moyen de calcul pour calculer des écarts de phase instantannés Thesta~inst à partir desdits troisièmes codes,
- un moyen accumulateur cumulant lesdits écarts de phase instantannes pour fournir un angle de phase estimée Theta~est,
- et un moyen de correction pour fournir des quatrièmes codes X~est, Y~est constituant le symbole particulier décidé à partir dudit angle de phase estimé et desdits premiers codes constituant ledit symbole particulier retardé.The invention extends to a device comprising:
- input means for receiving symbols S consisting of first codes X, Y expressed in the form of Cartesian coordinates,
non-linear transformation means for supplying second codes X1, Y1 expressed in the form of Cartesian coordinates in response to said first codes,
means for storing said second codes for a predetermined number L of symbols to provide third codes X1 avg, Yl ~ avg respectively representative of an average of said second codes,
- delay means for delaying said symbols from a particular symbol,
a calculation means for calculating instantaneous phase differences Thesta ~ inst from said third codes,
an accumulator means cumulating said instantaneous phase differences to provide an estimated phase angle Theta ~ is,
- And a correction means for providing fourth codes X ~ is, Y ~ is constituting the particular symbol decided from said estimated phase angle and said first codes constituting said particular delayed symbol.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront encore mieux à la lecture de la description qui va suivre d'un exemple de réalisation de l'invention accompagnée des dessins annexés dans lesquels:
- la figure 1A est une représentation schématique d'un dispositif connu de récupération d'une porteuse selon la méthode de VITERBI,
- la figure 1B est une représentation schématique d'un dispositif de mise en oeuvre de la méthode selon l'invention;
- la figure 2 est un tableau de correspondance entre le nombre de symboles utilisés pour l'étape de calcul des coordonnées cartésiennes moyennes de non-linéarité et le débit symbole.Other characteristics and advantages of the invention will appear even better on reading the following description of an embodiment of the invention accompanied by the appended drawings in which:
FIG. 1A is a schematic representation of a known device for recovering a carrier according to the VITERBI method,
- Figure 1B is a schematic representation of a device for implementing the method according to the invention;
FIG. 2 is a table of correspondence between the number of symbols used for the step of calculating the mean Cartesian coordinates of non-linearity and the symbol rate.
On a représenté sur la figure 1B, un dispositif de mise en oeuvre de la méthode de récupération d'une porteuse, selon l'invention, pour une modulation quadratique à quatre états de phase (QPSK). Sur cette figure les éléments identiques à ceux du dispositif représenté sur la figure 1A portent les mêmes références. On devra comprendre par la suite que la méthode de récupération d'une porteuse et son dispositif de mise en oeuvre selon l'invention peuvent s'étendre facilement à des modulations à plus de quatre etats de phases. FIG. 1B shows a device for implementing the method for recovering a carrier, according to the invention, for quadratic modulation with four phase states (QPSK). In this figure, the elements identical to those of the device shown in FIG. 1A bear the same references. It will be understood subsequently that the method of recovering a carrier and its implementation device according to the invention can easily be extended to modulations with more than four phase states.
En se reportant à la figure 1B, les symboles
S décodés par le récepteur, après démodulation quadratique, sont constitués de premiers codes X, Y exprimés sous forme de coordonnées cartésiennes. Les premiers codes successifs X, Y constituant les deux trains binaires issus des filtres (non représentés) du récepteur sont appliqués sur des entrées 10A, 10B pour passer dans des moyens de transformation non-linéaire 20, 30, 40. Ces moyens de transformation non-linéaire convertissent tout d'abord dans 20 les premiers codes
X, Y exprimés sous forme cartésienne en coordonnées polaires pour fournir les données Rho et Theta.La première coordonnée polaire Rho est ensuite élevée à une puissance entière k:O, 1, 2, 3 ou 4 (fonction du niveau de bruit du récepteur mais de préférence égale à 0) tandis que la deuxième coordonnée polaire Theta est multipliée par quatre dans 30 pour fournir les données Rho"k et 4*Theta. La donnée 4*Theta représente la phase d'un symbole amenée sur l'axe o-Pi. Referring to Figure 1B, the symbols
S decoded by the receiver, after quadratic demodulation, consist of first codes X, Y expressed in the form of Cartesian coordinates. The first successive codes X, Y constituting the two binary trains originating from the filters (not shown) of the receiver are applied to inputs 10A, 10B to pass into non-linear transformation means 20, 30, 40. These non-transformation means - linear convert first into 20 the first codes
X, Y expressed in Cartesian form in polar coordinates to provide the Rho and Theta data. The first Rho polar coordinate is then raised to an integer power k: O, 1, 2, 3 or 4 (depending on the noise level of the receiver but preferably equal to 0) while the second polar coordinate Theta is multiplied by four in 30 to provide the data Rho "k and 4 * Theta. The data 4 * Theta represents the phase of a symbol brought on the axis o- Pi.
Les données RhoAk et 4*Theta sont de nouveau converties sous forme cartésienne dans 40 pour fournir les seconds codes X1, Yl. The RhoAk and 4 * Theta data are again converted into Cartesian form in 40 to provide the second codes X1, Yl.
Les seconds codes X1, Y1 sont mémorisés respectivement dans des moyens de mémorisation 50A, 50B parallèles du type registre à décalage série ou analogue, pour un nombre L prédéterminé de symboles S définissant un intervalle d'estimation de phase centré sur un symbole particulier. Par conséquent chaque symbole reçu sur les entrées 10 décale les seconds codes X1, Y1 dans les moyens de mémorisation 50. Pour chaque symbole particulier considéré, les moyens de mémorisation fournissent des troisièmes codes X1 moy, Ylmoy représentatifs respectivement d'une moyenne desdits seconds codes mémorisés.Ces troisièmes codes sont obtenus à partir des relations suivantes:
The second codes X1, Y1 are stored respectively in parallel storage means 50A, 50B of the serial shift register type or the like, for a predetermined number L of symbols S defining a phase estimation interval centered on a particular symbol. Consequently, each symbol received on the inputs 10 shifts the second codes X1, Y1 in the storage means 50. For each particular symbol considered, the storage means supply third codes X1 avg, Ylmoy respectively representative of an average of said second codes These third codes are obtained from the following relationships:
L étant égale à 2N+1
Parallèlement à la mémorisation des seconds codes, les symboles S sont retardés dans un moyen de retard 90 à partir du symbole particulier. Ce moyen de retard 90 est donc conçu pour retarder (L-1)/2 symboles à partir du symbole particulier et délivre à chaque instant symbole le symbole particulier constitué des codes Xtn-(L-1)/2], Y[n-(L-1)/2], n représentant l'indice du symbole S reçu au même instant sur les entrées 10.L being equal to 2N + 1
In parallel with the storage of the second codes, the symbols S are delayed in a delay means 90 from the particular symbol. This delay means 90 is therefore designed to delay (L-1) / 2 symbols from the particular symbol and at each symbol instant delivers the particular symbol consisting of the codes Xtn- (L-1) / 2], Y [n- (L-1) / 2], n representing the index of the symbol S received at the same time on the inputs 10.
Les troisièmes codes Xlmoy, Y1 moy sont convertis ensuite en coodonnées polaires dans le premier moyen de calcul 60 qui fournit un angle de déphasage instantanné Théta inst pour chaque symbole particulier, à partir de la relation suivante:
Theta~inst= 1/4 Arctang( Ylmoy/X1 moy)
Par conséquent Theta~inst correspond à la difference entre l'angle de phase du symbole particulier et l'angle de phase du symbole précédent. The third codes Xlmoy, Y1 avg are then converted into polar co-ordinates in the first calculation means 60 which provides an instantaneous phase shift angle Theta inst for each particular symbol, from the following relation:
Theta ~ inst = 1/4 Arctang (Ylmoy / X1 avg)
Consequently Theta ~ inst corresponds to the difference between the phase angle of the particular symbol and the phase angle of the previous symbol.
Les angles de déphasage successifs Theta~inst sont accumulés dans un moyen accumulateur 70 pour fournir un angle de phase estimée Theta~est représentant la phase globale de la porteuse récupérée. The successive phase shift angles Theta ~ inst are accumulated in an accumulator means 70 to provide an estimated phase angle Theta ~ is representing the overall phase of the recovered carrier.
Par conséquent les angles de déphasage viennent s'additionner, modulo 2.Pi, dans le moyen accumulateur 70. Un moyen de correction (80) calcule enfin des quatrièmes codes X~est, Y~est constituant le symbole particulier décidé à partir dudit angle de phase estimé et desdits premiers codes X[n-(L-1)/2] , Y[n-(L-1)/2] constituant le symbole particulier retardé pour corriger l'écart de phase de la porteuse à partir des relations suivantes::
Xest=X[ n-(L-1)/2] .cos(Theta est) - n-(L- 1)/2] .sin(Thetaest)
Y~est=X(n-(L-l)/2].sin(Theta~est) + Y[n-(L l)/2] .cos(Thetaest)
Ainsi, le dispositif de récupération d'une porteuse selon l'invention est capable de compenser des écarts de fréquence entre la fréquence porteuse émission et la frequence porteuse réception qui s'accumulent, l'écart compensable étant plus ou moins important selon les caractéristiques que l'on donne à la récupération de porteuse. Dans le cas présenté cidessus, la seule caractéristique variable est le nombre
L de symboles définissant la longueur des moyennes des seconds codes X1, Y1.Consequently the phase shift angles are added, modulo 2.Pi, in the accumulator means 70. A correction means (80) finally calculates fourth codes X ~ is, Y ~ is constituting the particular symbol decided from said angle estimated phase and said first codes X [n- (L-1) / 2], Y [n- (L-1) / 2] constituting the particular symbol delayed to correct the phase difference of the carrier from the following relationships ::
Xest = X [n- (L-1) / 2] .cos (Theta est) - n- (L- 1) / 2] .sin (Thetaest)
Y ~ is = X (n- (Ll) / 2] .sin (Theta ~ is) + Y [n- (L l) / 2] .cos (Thetaest)
Thus, the carrier recovery device according to the invention is capable of compensating for frequency differences between the transmission carrier frequency and the reception carrier frequency which accumulate, the compensable difference being more or less important depending on the characteristics that we give to carrier recovery. In the case presented above, the only variable characteristic is the number
L of symbols defining the length of the means of the second codes X1, Y1.
Des simulations en poursuite de fréquence ont été réalisées pour des valeurs de L allant de 3 à 33 dont les résultats apparaissent dans le tableau de la figure 3. Sur ce tableau, Delta designe un ecart de fréquence entre la fréquence porteuse emission et la fréquence porteuse réception et Fd désigne le débit symbole. Ainsi, pour des valeurs de L proches de 3 on remarque que l'écart de fréquence compensable est important et le dispositif de récupération de porteuse est très sensible au bruit tandis que pour des valeurs de L proches de 33 l'écart de fréquence compensable est plus faible et le dispositif de récupération de porteuse resiste mieux au bruit. Pour un débit symbole de 2,4 kHz à 16 kHz, on préfèrera toutefois une valeur de L proche de et de préférence égale à 17 pour obtenir un bon compromis entre le bruit accepté et l'écart de fréquence compensé. Frequency tracking simulations have been performed for values of L ranging from 3 to 33, the results of which appear in the table in FIG. 3. In this table, Delta designates a frequency difference between the transmit carrier frequency and the carrier frequency. reception and Fd designates the symbol rate. Thus, for values of L close to 3, it is noted that the compensable frequency difference is large and the carrier recovery device is very sensitive to noise while for values of L close to 33 the compensable frequency difference is lower and the carrier recovery device resists noise better. For a symbol rate of 2.4 kHz to 16 kHz, however, we prefer a value of L close to and preferably equal to 17 to obtain a good compromise between the noise accepted and the compensated frequency difference.
Bien entendu, l'invention n'est pas limitée à l'exemple de réalisation ci-dessus décrit et on pourra prévoir avantageusement d'autres variantes sans pour cela sortir du cadre de l'invention. Of course, the invention is not limited to the embodiment described above and one can advantageously provide other variants without departing from the scope of the invention.
Claims (3)
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FR9016117A FR2670967A1 (en) | 1990-12-21 | 1990-12-21 | A method and a device for recovering a carrier |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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FR9016117A FR2670967A1 (en) | 1990-12-21 | 1990-12-21 | A method and a device for recovering a carrier |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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FR2670967A1 true FR2670967A1 (en) | 1992-06-26 |
Family
ID=9403547
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
FR9016117A Pending FR2670967A1 (en) | 1990-12-21 | 1990-12-21 | A method and a device for recovering a carrier |
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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- 1990-12-21 FR FR9016117A patent/FR2670967A1/en active Pending
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