FR2805109A1 - Estimation de phase pour modulation psk en presence d'un decalage en frequence - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne les méthodes d'estimation de phase pour modulation PSK qui utilisent des décisions prises sur des symboles pour calculer une erreur de phase.Le problème qui se pose est le suivant : un décalage en fréquence non négligeable avant l'estimation de phase conduit à une mauvaise décision d(i) k pour certaines positions du symbole r(i) k sur lequel cette décision est prise. Et une mauvaise décision entraîne une dégradation des performances de l'estimation de phase.L'invention permet de ne pas tenir compte des décisions qui ne sont pas fiables, ou de diminuer le poids des décisions lorsque leur fiabilité diminue.Référence : figure 3Application : Algorithme d'estimation de phase à maximisation d'espérance; système de diffusion par satellite ou par câble.
Description
DESCRIPTION <U>Domaine de l'invention</U> Linvention concerne un système de communication comportant au moins un émetteur destiné à émettre des symboles issus d'une constellation de type PSK, et un récepteur comportant des moyens d'estimation de phase pour estimer une grandeur représentative de la phase des symboles d'entrée, à partir de symboles d'entrée et de décisions prises relatives à ces symboles d'entrée.
L'invention concerne également un récepteur destiné être utilisé dans un tel système, une méthode d'estimation de phase destinée à être utilisée dans un tel récepteur, et un programme d'ordinateur pour la mise en oeuvre d'une telle méthode.
<U>Arrière plan technologique de l'invention</U> Différentes techniques d'estimation de phase sont décrites dans le compte rendu de conférence International Conférence on Communications, New Orléans, USA, 1-5 May 1994, volume 2, pages 940 to 945 intitulé Comparison between digital recovery techniques in thé présence of frequency shift de F. Daffara et J. Lamour.
Certaines techniques d'estimation de phase, notamment la technique d'estimation à maximisation d'espérance décrite au paragraphe 3.3 du compte rendu de conférence précité, utilisent des décisions relatives à des symboles reçus.
Ces techniques sont généralement utilisées après correction en fréquence des symboles reçus. Mais, il reste toujours un décalage en fréquence résiduel. Or l'erreur en fréquence peut conduire à une mauvaise décision parce qu'elle fait tourner le symbole dans le plan de la constellation. Lorsque la décision relative au symbole reçu est utilisée pour l'estimation de phase, ceci entraîne une baisse des performances de l'estimation de phase.
Ce problème se pose en particulier pour les terminaux interactifs des systèmes de diffusion par câble ou par satellite qui sont généralement équipés d'oscillateurs locaux à faible coût, l'écart entre les valeurs réelle et nominale de la fréquence d'oscillation de ce type d'oscillateur pouvant être relativement important. <U>Résumé de l'invention</U> L'invention a notamment pour but de remédier à cet inconvénient. Pour cela, dans un premier mode de réalisation de l'invention, un système de communication tel que défini dans le paragraphe introductif est caractérisé en ce que ledit récepteur comporte des moyens pour définir dans la constellation une zone d'exclusion située autour d'axes équidistants de deux points voisins de la constellation, et en ce que lesdits moyens d'estimation de phase utilisent seulement les décisions prises sur des symboles situés hors de ladite zone d'exclusion.
Dans un second mode de réalisation de l'invention, un système de communication tel que défini dans le paragraphe introductif est caractérisé en ce que lesdits moyens d'estimation de phase comportent des moyens de pondération des décisions prises, le poids appliqué à une décision se rapprochant de zéro lorsque, en valeur absolue, l'écart de phase entre le symbole sur lequel la décision est prise et la décision prise, se rapproche de la moitié de l'écart de phase entre deux points voisins de la constellation.
L'invention permet donc de ne pas tenir compte des décisions qui ne sont pas fiables, ou de diminuer le poids des décisions lorsque leur fiabilité diminue. Les décisions qui ne sont pas fiables sont celles qui sont prises sur des symboles qui se trouvent dans une zone de la constellation telle qu'une erreur en fréquence fait basculer la décision d'un point de la constellation à un autre. Par exemple lorsque la constellation est une constellation QPSK, cette zone se situe autour des axes réel et imaginaire. Une autre façon de définir cette zone est de dire qu'elle est constituée par les symboles qui présentent, avec les points de la constellation, un écart de phase proche de
valeur absolue. <U>Brève description des dessins</U> L'invention sera mieux comprise et d'autres détails apparaitront dans la description qui va suivre en regard dessins annexés donnés à titre d'exemples non limitatifs et dans lesquels - la figure 1 est un schéma d'un exemple de système de communication selon l'invention - la figure 2 est un diagramme décrivant les étapes d'une première méthode d'estimation de phase selon I invention, - les figures 3A et 3B donne une représentation d'une constellation QPSK et des exemples de zones d'exclusion, - la figure 4 est un diagramme décrivant les étapes d'une seconde méthode d'estimation phase selon l'invention, - la figure 5 donne un exemple de loi de pondération pour une constellation QPSK, - la figure 6 donne des courbes qui montrent l'amélioration apportée par l'invention. <U>Description d'un mode de réalisation préférentiel de l'invention</U> Sur la figure 1, on a représenté un exemple de système de communication selon l'invention. Ce système de communication comporte des terminaux interactifs d'usager 1 qui sont des émetteurs au sens de l'invention et une station de tête 2 qui est un récepteur au sens de l'invention. La station de tête 2 émet des signaux dans une première bande de fréquences Ku (12-14Ghz). Ces signaux sont relayés vers les terminaux interactifs d'usager 1 par un satellite 3. Les terminaux interactifs d'usager émettent des signaux dans une seconde bande de fréquence Ka (20-30Ghz). Ces signaux sont relayés vers la station de tête 2 par le satellite 3. Chaque terminal 1 comporte une source de données 10, et des moyens codage de canal 12. Les moyens de codage de canal délivrent des paquets de symboles. Chaque paquet contient un préambule de m symboles [al, ..., a m] et une partie de p symboles [am+l, ...am+P] contenant les données utilisateur, éventuellement codées. Ces paquets sont ensuite transmis à des moyens de filtrage 13, et enfin à des moyens de modulation 14 qui utilisent un oscillateur local de fréquence f,.
valeur absolue. <U>Brève description des dessins</U> L'invention sera mieux comprise et d'autres détails apparaitront dans la description qui va suivre en regard dessins annexés donnés à titre d'exemples non limitatifs et dans lesquels - la figure 1 est un schéma d'un exemple de système de communication selon l'invention - la figure 2 est un diagramme décrivant les étapes d'une première méthode d'estimation de phase selon I invention, - les figures 3A et 3B donne une représentation d'une constellation QPSK et des exemples de zones d'exclusion, - la figure 4 est un diagramme décrivant les étapes d'une seconde méthode d'estimation phase selon l'invention, - la figure 5 donne un exemple de loi de pondération pour une constellation QPSK, - la figure 6 donne des courbes qui montrent l'amélioration apportée par l'invention. <U>Description d'un mode de réalisation préférentiel de l'invention</U> Sur la figure 1, on a représenté un exemple de système de communication selon l'invention. Ce système de communication comporte des terminaux interactifs d'usager 1 qui sont des émetteurs au sens de l'invention et une station de tête 2 qui est un récepteur au sens de l'invention. La station de tête 2 émet des signaux dans une première bande de fréquences Ku (12-14Ghz). Ces signaux sont relayés vers les terminaux interactifs d'usager 1 par un satellite 3. Les terminaux interactifs d'usager émettent des signaux dans une seconde bande de fréquence Ka (20-30Ghz). Ces signaux sont relayés vers la station de tête 2 par le satellite 3. Chaque terminal 1 comporte une source de données 10, et des moyens codage de canal 12. Les moyens de codage de canal délivrent des paquets de symboles. Chaque paquet contient un préambule de m symboles [al, ..., a m] et une partie de p symboles [am+l, ...am+P] contenant les données utilisateur, éventuellement codées. Ces paquets sont ensuite transmis à des moyens de filtrage 13, et enfin à des moyens de modulation 14 qui utilisent un oscillateur local de fréquence f,.
La station de tête 2 comporte des moyens de démodulation 20 qui utilisent un oscillateur local ayant une fréquence f,(l+Afo) (où Afo est un écart en fréquence normalisé par rapport à la fréquence symbole), et une phase initiale 00. Elle comporte également des moyens de filtrage 21 et des moyens d'échantillonnage 22 qui échantillonnent le signal de sortie du filtre 21 pour délivrer des symboles appelés symboles reçus. Les symboles reçus sont transmis à des moyens de récupération de fréquence 23 qui estiment le décalage en fréquence normalisé Afo et corrigent symboles reçus pour compenser le décalage estimé Âfo. Les moyens de récupération de fréquence 23 délivrent des symboles corrigés en fréquence notés . Ces symboles corrigés en fréquence ck constituent des symboles d'entrée pour les moyens de récupération de phase 24. Les symboles corrigés en phase et en fréquence sont finalement transmis a des moyens 25 de décodage de canal qui délivrent des données 27.
Les moyens de récupération de fréquence 23 comportent des moyens 40 d'estimation du décalage en fréquence normalisé Afo et des moyens 41 de correction du décalage estimé. De façon avantageuse, les moyens d'estimation du décalage en fréquence utilisent les préambules des paquets qui sont composés de symboles connus. A titre d'exemple on utilise l'algorithme d'estimation de Rife et Boorstyn qui est décrit dans l'article Feedforward frequency estimation for PSK : a tutorial review de M.Morelli et U. Mengali, publié dans la revue European Transactions on Communications, vol. 9, n 2, mars-avril 1998, pages 103-106.
Les symboles ck délivrés en sortie des moyens de récupération de fréquence s'écrivent Ck = ak .e j.(2z.k.àf1+B0) <I>+</I> nk où Afl est le décalage en fréquence normalisé résiduel ( Ofi = Afo - Âfo ), k est un indice indiquant le rang du symbole émis dans le paquet, et nk est un bruit gaussien relatif au kème symbole. Les moyens de récupération de phase ont pour fonction de corriger la phase <I>8k =</I> 2z.afi.k <I>+</I> 00 <I>.</I>
Les moyens de récupération de phase 24 comportent des moyens d'estimation de phase 50 et des moyens de correction de phase 51. Dans un mode de réalisation avantageux, les moyens d'estimation de phase 50 utilisent un algorithme à maximisation d'espérance tel que décrit dans le compte rendu de conférence précité. Un tel algorithme est itératif. A chaque itération i (i=1 à L) l'algorithme fournit une grandeur
qui est représentative de la phase symbole ck . Cette grandeur est obtenue de la façon suivante
où .
qui est représentative de la phase symbole ck . Cette grandeur est obtenue de la façon suivante
où .
- M un entier naturel qui définit la taille 2M+1 d'une fenêtre coulissante centrée sur k, utilisee pour le calcul des grandeurs
relatives au symbole ck <I>-</I> [ck le conjugué du symbole ck
la décision prise sur un symbole
qui est le symbole obtenu en corrigeant le symbole avec la grandeur
obtenue sur la fenêtre précédente (c'est-à-dire que
Un décalage en fréquence résiduel Afl non négligeable conduit à une mauvaise décision
pour certaines positions du symbole
sur lequel cette décision est prise.
relatives au symbole ck <I>-</I> [ck le conjugué du symbole ck
la décision prise sur un symbole
qui est le symbole obtenu en corrigeant le symbole avec la grandeur
obtenue sur la fenêtre précédente (c'est-à-dire que
Un décalage en fréquence résiduel Afl non négligeable conduit à une mauvaise décision
pour certaines positions du symbole
sur lequel cette décision est prise.
Dans un premier mode de réalisation représenté sur la figure 2, l'invention permet de ne pas tenir compte des décisions prises sur des symboles situés dans une certaine zone, appelée zone d'exclusion et notée Z, parce que ces décisions ne sont pas fiables. Pour cela, on remplace dans l'expression (1) les termes
par zéro ou, par exemple, par la grandeur
obtenue sur la fenêtre précédente, lorsque la décision
est situé dans la zone d'exclusion Z.
par zéro ou, par exemple, par la grandeur
obtenue sur la fenêtre précédente, lorsque la décision
est situé dans la zone d'exclusion Z.
Pour une constellation de type PSK, la zone d'exclusion est située autour des axes qui sont équidistants de deux points voisins de la constellation. Sur les figures 3A et 3B, on a représenté deux exemples de zones d'exclusion dans le cas particulier d'une constellation de type QPSK. Les quatre points de la constellation sont notés Q1, Q2, Q3 et et ont respectivement pour phase
L'axe des réels Re est équidistant des points Q4 et Ql d'une part et des points Q2 et Q3 d'autre part. L'axe des imaginaires est équidistant des points Ql et Q2 d'une part, et des points Q3 et Q4 d'autre part. Sur la figure 3A la zone d'exclusion est constituée par deux bandes B1 et B2 situées autour des axes réel et imaginaire Re et Im. Sur la figure 3B, elle est constituée par quatre secteurs Sl, S2, et S4 partant de l'origine et s'évasant autour des axes réel et imaginaire Re et Im. Dans un second mode de réalisation représenté sur la figure 4, l'invention permet de diminuer poids des décisions lorsque leur fiabilité diminue. Pour cela, on remplace dans l'expression (1) les termes
où pk+j est poids appliqué a la décision
Sur la figure 5, on a représenté un exemple de loi de pondération des décisions
Cette loi définit le poids pk+j à appliquer à la décision
en fonction de l'écart de phase
entre le symbole
et la décision sur ce symbole. Comme indiqué la figure 5,
le poids pk+j est égal à 1 lorsque l'écart de phase
est compris entre -a et +a, il est égal à 0 lorsque
est inférieur à -P ou supérieur à +p, et il varie linéairement de 1 à 0 lorsque l'écart de phase
est compris entre a et a ou entre -P et -a.
L'axe des réels Re est équidistant des points Q4 et Ql d'une part et des points Q2 et Q3 d'autre part. L'axe des imaginaires est équidistant des points Ql et Q2 d'une part, et des points Q3 et Q4 d'autre part. Sur la figure 3A la zone d'exclusion est constituée par deux bandes B1 et B2 situées autour des axes réel et imaginaire Re et Im. Sur la figure 3B, elle est constituée par quatre secteurs Sl, S2, et S4 partant de l'origine et s'évasant autour des axes réel et imaginaire Re et Im. Dans un second mode de réalisation représenté sur la figure 4, l'invention permet de diminuer poids des décisions lorsque leur fiabilité diminue. Pour cela, on remplace dans l'expression (1) les termes
où pk+j est poids appliqué a la décision
Sur la figure 5, on a représenté un exemple de loi de pondération des décisions
Cette loi définit le poids pk+j à appliquer à la décision
en fonction de l'écart de phase
entre le symbole
et la décision sur ce symbole. Comme indiqué la figure 5,
le poids pk+j est égal à 1 lorsque l'écart de phase
est compris entre -a et +a, il est égal à 0 lorsque
est inférieur à -P ou supérieur à +p, et il varie linéairement de 1 à 0 lorsque l'écart de phase
est compris entre a et a ou entre -P et -a.
Sur la figure 6, on a représenté le taux d'erreur paquet (PER) obtenu en fonction du rapport signal à bruit (SNR) avec une méthode selon l'art antérieur (courbe 100) et avec une méthode selon l'invention en utilisant la loi de pondération décrite en référence à la figure 5 avec a=0 et
(courbe 200). On a également représenté à titre de référence les résultat obtenus avec un canal gaussien (courbe 300). Ces résultats ont été obtenus en utilisant - une erreur initiale en fréquence ofo aléatoire comprise entre -1% et +1% de la fréquence symbole, - une erreur de phase initiale <B>00</B> aléatoire comprise entre - ir et + ;r , - des paquets qui comportent un préambule connu de 48 symboles [al, ..., a4$] et une partie utile [a49, ...a592] de 544 symboles, - un algorithme de récupération de fréquence qui utilise les préambules des paquets, et qui est appliqué avant l'estimation de phase de telle sorte que l'erreur en fréquence résiduelle Afl avant l'estimation de phase est inférieure ou égale à 0,3% de la fréquence symbole, - à l'émission, un codage de Reed Solomon et un codage convolutif perforé à 64 En comparant les courbes 100 et 200, on constate que l'amélioration obtenue avec l'invention est de l'ordre de 0,5dB pour un taux d'erreur paquet PER=10"3.
(courbe 200). On a également représenté à titre de référence les résultat obtenus avec un canal gaussien (courbe 300). Ces résultats ont été obtenus en utilisant - une erreur initiale en fréquence ofo aléatoire comprise entre -1% et +1% de la fréquence symbole, - une erreur de phase initiale <B>00</B> aléatoire comprise entre - ir et + ;r , - des paquets qui comportent un préambule connu de 48 symboles [al, ..., a4$] et une partie utile [a49, ...a592] de 544 symboles, - un algorithme de récupération de fréquence qui utilise les préambules des paquets, et qui est appliqué avant l'estimation de phase de telle sorte que l'erreur en fréquence résiduelle Afl avant l'estimation de phase est inférieure ou égale à 0,3% de la fréquence symbole, - à l'émission, un codage de Reed Solomon et un codage convolutif perforé à 64 En comparant les courbes 100 et 200, on constate que l'amélioration obtenue avec l'invention est de l'ordre de 0,5dB pour un taux d'erreur paquet PER=10"3.
Bien que l'invention ait été décrite pour une constellation de type QPSK, elle applicable à toute constellation de type PSK. De plus, l'invention n'est pas limitée méthodes d'estimation de phase à maximisation d'espérance. Elle est applicable d'une façon générale à toute méthode d'estimation de phase qui utilise des décisions prises sur des symboles.
Claims (9)
1. Système de communication comportant au moins un émetteur destiné à émettre des symboles choisi parmi les points d'une constellation de type PSK, et un récepteur comportant des moyens d'estimation de phase destinés à estimer une grandeur représentative de la phase de symboles dits symboles d'entrée, à partir de symboles d'entrée et de décisions prises relatives à ces symboles d'entrée, caractérisé en ce que ledit récepteur comporte des moyens pour définir dans la constellation une zone d'exclusion située autour d'axes équidistants de deux points voisins de la constellation, et en ce lesdits moyens d'estimation de phase utilisent seulement les décisions prises sur des symboles situés hors de ladite zone d'exclusion.
2. Systeme de communication comportant au moins un émetteur destiné à emettre des symboles choisis parmi les points d'une constellation de type PSK, et un récepteur comportant des moyens d'estimation de phase destinés à estimer une grandeur représentative de la phase de symboles dits symboles d'entrée, à partir de symboles d'entrée et de décisions prises relatives ' ces symboles d'entrée, caractérisé en ce que lesdits moyens d'estimation de phase comportent des moyens de pondération des décisions prises, le poids appliqué à une décision se rapprochant de zéro lorsque, valeur absolue, l'écart de phase entre le symbole sur lequel la décision est prise et la décision prise, se rapproche de la moitié de l'écart de phase entre deux points voisins de la constellation.
3. Recepteur destiné à recevoir des symboles issus d'une constellation de points de type PSK, et comportant des moyens d'estimation de phase pour estimer une grandeur représentative de la phase symboles dits symboles d'entrée, à partir de symboles d'entrée de décisions prises relatives à ces symboles d'entrée, caracterisé en ce qu'il comporte des moyens pour définir dans la constellation une zone d'exclusion située autour d'axes équidistants de deux points voisins de la constellation, et en ce que lesdits moyens d'estimation de phase utilisent seulement les décisions prises sur des symboles situés hors de ladite zone d'exclusion.
4. Recepteur destiné à recevoir des symboles issus d'une constellation de points de type PSK, et comportant des moyens d'estimation de phase pour estimer une grandeur représentative de la phase symboles dits symboles d'entrée, à partir de symboles d'entrée de décisions prises relatives à ces symboles d'entrée, caracterisé en ce que lesdits moyens d'estimation de phase comportent des moyens de pondération des décisions prises, le poids appliqué à une décision se rapprochant de zéro lorsque, en valeur absolue, l'écart de phase entre le symbole sur lequel la décision est prise et la décision prise, se rapproche de la moitié de l'écart de phase entre deux points voisins de la constellation.
5. Recepteur selon l'une des revendications 3 ou 4, caractérisé en ce que lesdits moyens d'estimation de phase sont des moyens du type à maximisation d'espérance.
6. Recepteur selon la revendication 3, caractérisé en ce que lesdits moyens d'estimation phase remplacent les termes dans lesquels interviennent une décision prise sur un symbole situé dans la zone d'exclusion, par la grandeur estimée pour le symbole reçu précédent.
7. Méthode d'estimation de phase destiné à être utilisée pour estimer des grandeurs représentatives de la phase de symboles d'entrée, issus d'une constellation de points de type PSK, à partir de symboles d'entrée et de décisions prises relatives à ces symboles d'entrée, caractérisé en ce qu'elle consiste à définir dans la constellation une zone d'exclusion située autour d'axes équidistants de deux points voisins de la constellation, et à utiliser seulement les décisions prises sur des symboles situés hors de ladite zone d'exclusion pour ladite estimation.
8. Methode d'estimation de phase destiné à être utilisée pour estimer des grandeurs représentatives de la phase de symboles d'entrée, issus d'une constellation de points de type PSK, à partir de symboles d'entrée et de décisions prises relatives à ces symboles d'entrée, caracterisé en ce qu'elle comporte une étape de pondération des décisions prises, le poids appliqué à une décision se rapprochant de zéro lorsque, en valeur absolue, l'écart de phase entre le symbole sur lequel la décision est prise et la décision prise, se rapproche de la moitié de l'écart de phase entre deux points voisins de la constellation.
9. Méthode selon l'une des revendications 7 ou 8, caractérisée en ce qu'elle est du type à maximisation d'espérance.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR0001852A FR2805109A1 (fr) | 2000-02-15 | 2000-02-15 | Estimation de phase pour modulation psk en presence d'un decalage en frequence |
Applications Claiming Priority (1)
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| FR0001852A FR2805109A1 (fr) | 2000-02-15 | 2000-02-15 | Estimation de phase pour modulation psk en presence d'un decalage en frequence |
Publications (1)
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|---|---|
| FR2805109A1 true FR2805109A1 (fr) | 2001-08-17 |
Family
ID=8847011
Family Applications (1)
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| FR (1) | FR2805109A1 (fr) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113405652A (zh) * | 2021-05-14 | 2021-09-17 | 华能澜沧江水电股份有限公司 | 一种基于键相的水轮发电机组振摆波形等相位处理方法 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4283682A (en) * | 1979-04-06 | 1981-08-11 | Ricoh Company, Ltd. | Erasure zone decision feedback phase lock loop for carrier recovery in data modems |
| US5684842A (en) * | 1994-07-12 | 1997-11-04 | U.S. Philips Corporation | Digital transmission system comprising a receiver which includes a carrier recovery circuit |
-
2000
- 2000-02-15 FR FR0001852A patent/FR2805109A1/fr active Pending
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| CN113405652B (zh) * | 2021-05-14 | 2022-08-16 | 华能澜沧江水电股份有限公司 | 一种基于键相的水轮发电机组振摆波形等相位处理方法 |
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