ES2228120T3 - Procedimiento para establecer o detectar una secuencia de señales, una unidad de transmision y una unidad de recepcion. - Google Patents
Procedimiento para establecer o detectar una secuencia de señales, una unidad de transmision y una unidad de recepcion.Info
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Abstract
Procedimiento para la sincronización entre una estación (BS) base y una estación (MS) móvil, - en el que la estación base emite una secuencia K(i) de señales de longitud n, que puede formarse porque - se repite n1 veces una segunda secuencia K2(k) parcial de señales de longitud n2 y, además, se modula mediante una primera secuencia K1(j) parcial de señales de longitud n1, - en el que n1 es igual a n2, y - en el que esta secuencia K(i) de señales se determina en una estación móvil.
Description
Procedimiento para establecer o detectar una
secuencia de señales, una unidad de transmisión y una unidad de
recepción.
La invención se refiere a un procedimiento para
sincronizar una estación base con una estación móvil.
En los sistemas de transmisión de señales, tales
como, por ejemplo, los sistemas móviles de radiotelefonía, es
necesario que uno de los participantes en la comunicación (primera
unidad de transmisión) reconozca determinadas señales establecidas
que se envían por otro participante en la comunicación (segunda
unidad de transmisión). A este respecto, puede tratarse, por
ejemplo, de las denominadas "ráfagas de sincronización"
(bloques de radiodifusión para la sincronización) para sincronizar a
dos participantes de sincronización, tales como, por ejemplo,
estaciones de radiodifusión, o las denominadas "Access Bursts"
(ráfagas de acceso).
Para registrar este tipo de señales recibidas o
identificarlas de forma fiable en relación con los ruidos del
entorno se conoce el correlacionar la señal recibida, de forma
continua durante un intervalo de tiempo estipulado, con una
secuencia de señales predeterminada, y formar la suma de correlación
en el intervalo de tiempo de la secuencia de señales predeterminada.
El área de la señal recibida que proporciona una suma de correlación
máxima corresponde a la señal buscada. Antes de la señal de
sincronización de la estación base de un sistema digital de
radiotelefonía móvil se intercala, por ejemplo, una secuencia de
señales como la denominada "secuencia de entrenamiento", que se
registra o determina, de la forma que acaba de describirse, en la
estación móvil mediante la correlación con la secuencia de señales
almacenada. De esta manera, pueden sincronizarse las estaciones
móviles con la estación base.
Asimismo, en la estación base son necesarios
cálculos de correlación de este tipo, por ejemplo, en la detección
del canal de acceso aleatorio (RACH, Random Access Channel). Además,
también se realiza un cálculo de correlación para determinar la
respuesta por impulsos del canal y los tiempos de propagación de las
señales de las ráfagas de señales recibidas.
En este sentido, la suma de correlación se
calcula de la siguiente manera:
Sm =
\sum\limits^{n-1}_{i=0}E(i+m)*K(i)
donde E(i) es una secuencia
de señales recibida, obtenida a partir de la señal recibida, y
K(i) es la secuencia de señales predeterminada, donde i
oscila entre 0 y n-1. La suma Sm de correlación se
calcula de forma sucesiva para varias secuencias E(i) de
señales desplazadas temporalmente, obtenidas a partir de la señal
recibida, y luego se determina el valor máximo de Sm. Deben
calcularse k sumas de correlación sucesivas, de manera que el coste
de cálculo es de
k * n operaciones, contándose una multiplicación y una suma juntas como una operación.
k * n operaciones, contándose una multiplicación y una suma juntas como una operación.
Por tanto, el cálculo de las sumas de correlación
es muy costoso y, especialmente en el caso de aplicaciones en tiempo
real, tal como la comunicación de voz o la telefonía con imágenes o
en sistemas CDMA (Code-Division Multiple Access,
acceso múltiple por división de código), requiere procesadores
potentes y, por tanto, costosos, que presentan durante el cálculo un
alto consumo de corriente. Por ejemplo, para la sincronización del
sistema móvil de radiotelefonía UMTS (Universal Mobile
Telecommunication System, Sistema Universal de Telecomunicaciones
Móviles), que se encuentra en estandarización, ha de determinarse
una secuencia de señales conocida de 256 chips de longitud (en CDMA,
también se denomina "chip" a un bit transmitido). La secuencia
se repite en todos los 2560 chips. Dado que la estación móvil al
principio trabaja de forma asíncrona respecto a la sincronización de
los chips, la señal recibida debe muestrearse en exceso, para
también obtener una señal suficiente en caso de una posición de
muestreo inadecuada. Debido al muestreo de los componentes I y Q
esto conlleva 256*2560*2*2 = 2621440 operaciones.
A partir del documento Maskara S.L. et al;
"Concatenated Sequences for Spread Spectrum Systems", IEEE
Transactions on Aerospace and Electronic Systems, US, IEEE, Inc.
Nueva York, Bd.AES-17, núm. 3, mayo 1981
(1981-05), se conoce el modular una secuencia
externa de señales con una secuencia interna de señales, con lo que
se origina una tercera secuencia de señales.
Ahora, la invención se basa en la tarea de
indicar un procedimiento para la sincronización entre una estación
móvil y una estación base, una estación base y una estación móvil
que posibilitan una sincronización con poco coste de cálculo.
Esta tarea se soluciona mediante las
características de las reivindicaciones independientes. Los
perfeccionamientos han de deducirse de las reivindicaciones
dependientes.
Por consiguiente, la invención se basa en la idea
de utilizar una secuencia de señales para la sincronización, que
pueda obtenerse a partir de secuencias parciales de señales dado que
se repite una segunda secuencia parcial de señales y, además, se
modula mediante una primera secuencia parcial de señales, con lo que
la primera y la segunda secuencias parciales de señales presentan la
misma longitud.
Gracias a los conocimientos sobre las secuencias
parciales de señales en la estación móvil, el cálculo de las sumas
de correlación necesario para la sincronización de una estación
móvil con una estación base puede realizarse en la estación móvil
con menor esfuerzo.
En un perfeccionamiento de la invención, para
determinar una secuencia de señales predeterminada, contenida en una
secuencia de señales recibida, mediante la determinación de sumas de
correlación se calcula una secuencia de sumas parciales de
correlación de la segunda secuencia parcial de señales con partes
correspondientes de la secuencia de señales recibida. Para calcular
una suma de correlación se seleccionan n1 elementos de la secuencia
de sumas parciales de correlación y se multiplican por la primera
secuencia parcial de señales a modo de un producto escalar.
En un perfeccionamiento de la invención, se
almacenan las sumas parciales de correlación calculadas por primera
vez y se utilizan para calcular otras sumas de correlación.
De esta manera es posible utilizar sumas
parciales de correlación ya calculadas previamente al calcular otras
sumas de correlación y, de esta manera, reducir enormemente el
esfuerzo de cálculo.
Por "Secuencia de señales recibida" se
entiende también una secuencia de señales que se ha obtenido a
partir de una señal recibida, por ejemplo, mediante una
demodulación, un filtrado, una desrotación, una transformación
escalar o la transformación analógica / digital. Por
"determinación de una secuencia de señales" se entiende también
la determinación de la posición de la secuencia de señales dentro de
la secuencia de señales recibida.
A continuación se describe detalladamente la
invención mediante diferentes ejemplos de realización, para cuya
explicación sirven las figuras expuestas a continuación:
la figura 1, representación esquemática de una
red de radiotelefonía móvil,
la figura 2, un diagrama de bloques de una
estación de radiodifusión,
la figura 3, un procedimiento convencional para
el cálculo de sumas de correlación,
la figura 4, representación de secuencias de
señales y secuencias parciales de señales según la invención,
la figura 5, representación esquemática de la
formación de la secuencia de señales según la invención,
las figuras 6, 7 y 8, representación esquemática
de un procedimiento para el cálculo de una suma de correlación,
las figuras 9 y 10, representación esquemática de
una variante de realización de un procedimiento para la formación de
la suma de correlación.
En la figura 1 se muestra una red de
radiotelefonía móvil celular, tal como, por ejemplo, el sistema GSM
(Global System for Mobile Communication, sistema global para
comunicaciones móviles), que se compone de una pluralidad de puntos
MSC móviles de conmutación, que están interconectados entre sí, o
establecen el acceso a una red PSTN/RDSI fija (PSTN, Public Switched
Telephone Network, (red telefónica pública conmutada) / RDSI, Red
Digital de Servicios Integrados). Además, estos puntos MSC móviles
de conmutación están conectados en cada caso como mínimo a un
dispositivo BSC de control de la estación base que también puede
estar formado por un sistema de tratamiento de datos. También se
encuentra una arquitectura parecida en un sistema UMTS (Universal
Mobile Telecommunication System).
A su vez, cada dispositivo BSC de control de la
estación base está conectado con como mínimo una estación BS base.
Una estación BS base de este tipo es una estación de radiodifusión
que, mediante una interfaz de radiodifusión, puede establecer una
conexión por radio con otras estaciones de radiodifusión, las
denominadas estaciones MS móviles. Entre las estaciones MS móviles y
la estación BS base asociada a estas estaciones MS móviles puede
transmitirse información, por medio de señales de radio, dentro de
canales I de radio que se encuentran dentro de las bandas b de
frecuencia. El alcance de las señales de radio de una estación base
define fundamentalmente una célula FZ de radio.
Las estaciones BS base y un dispositivo BSC de
control de la estación base pueden agruparse para formar un sistema
BSS de la estación base. A este respecto, el sistema BSS de la
estación base también es responsable de la gestión o asignación del
canal de radio, de la adaptación de la velocidad de los datos, de la
supervisión del tramo de transmisión por radio, de los
procedimientos Hand-Over (paso) y, en caso de un
sistema CDMA, de la asignación del conjunto de códigos de difusión a
emplear, y transmite la información de emisión de señales necesaria
para ello a las estaciones MS móviles.
En caso de un sistema dúplex, con los sistemas
FDD (Frequency Division Duplex, dúplex por división de frecuencia),
tales como el sistema GSM, pueden estar previstas bandas de
frecuencia diferentes para el enlace u ascendente (estación móvil
(unidad de emisión) a la estación base (unidad de recepción)) y para
el enlace d descendente (estación base (unidad de emisión) a la
estación móvil (unidad de recepción)). Dentro de diferentes bandas b
de frecuencias pueden realizarse varios canales f de frecuencia
mediante un procedimiento FDMA (Frequency Division Multiple Access,
acceso múltiple por división de frecuencia).
En el marco de la presente solicitud, se entiende
por "unidad de transmisión" también unidad de comunicación,
unidad de emisión, unidad de recepción, terminal de comunicaciones,
estación de radiodifusión, estación móvil o estación base. Los
conceptos y ejemplos empleados en el marco de esta solicitud también
se refieren a menudo a un sistema móvil de radiotelefonía GSM; sin
embargo, de ningún modo están limitados a ello, sino que, basándose
en la descripción de un experto, también pueden reproducirse
fácilmente en otros sistemas móviles de radiotelefonía, dado el
caso, futuros, tales como los sistemas CDMA, especialmente los
sistemas CDMA de banda ancha.
Mediante procedimientos de acceso múltiple pueden
transmitirse datos de forma eficaz a través de una interfaz de
radio, separarse y asignarse a una o varias conexiones determinadas
o a los abonados correspondientes. Para ello puede emplearse un
acceso múltiple por división de tiempo TDMA, un acceso múltiple por
división de frecuencia FDMA, un acceso múltiple por división de
código CDMA o una combinación de varios de estos procedimientos de
acceso múltiple.
En el caso del procedimiento FDMA, la banda b de
frecuencia se descompone en varios canales f de frecuencia; estos
canales de frecuencia se dividen en ranuras ts temporales mediante
el procedimiento TDMA de acceso múltiple por división del tiempo.
Las señales transmitidas dentro de una ranura ts temporal y un canal
f de frecuencia pueden separarse mediante códigos de difusión,
individuales de la conexión, que modulan los datos, los denominados
códigos cc CDMA.
Los canales físicos que se generan con ello se
asignan a canales lógicos según un esquema predeterminado. En el
caso de los canales lógicos se diferencian básicamente dos tipos:
los canales de emisión de señales (o canales de control) para la
transmisión de información de emisión de señales (o información de
control) y los canales de tráfico (Traffic Channel TCH) para la
transmisión de datos de usuario.
Los canales de emisión de señales se dividen
adicionalmente en:
- -
- Broadcast Channels (canales de radiodifusión),
- -
- Common Control Channels (canales de control común),
- -
- Dedicated / Access Control Chanel DCCH / ACCH (canal de control especializado / canal de control asociado).
Al grupo de los Broadcast Channels pertenecen el
Broadcast Control Channel BCCH (canal de control de difusión), a
través del cual se obtiene la información técnica de radio MS del
sistema BSS de estación base, el Frequency Correction Channel FCCH
(canal de corrección de frecuencia), y el Synchronization Channel
SCH (canal de sincronización). A los canales Common Control Channels
pertenecen el Random Access Channel RACH (canal de acceso
aleatorio). Además, las secuencias de señales o bloques de
radiodifusión transmitidos para la realización de estos canales
lógicos pueden contener secuencias K(i) de señales para
diferentes fines, las denominadas "secuencias de correlación",
o pueden transmitirse secuencias K(i) de señales en estos
canales lógicos para diferentes fines.
A continuación, se explica a modo de ejemplo un
procedimiento para la sincronización de una estación MS móvil con
una estación BS base: en una primera etapa de la búsqueda inicial de
estación base o búsqueda de célula (initial cell search procedure),
la estación móvil utiliza el canal primario de sincronización
(primary synchronisation channel SCH (PSC)) para conseguir una
sincronización de la ranura temporal con la estación base más
intensa. Esto puede garantizarse mediante un filtro adaptado
(matched filter) o mediante un circuito correspondiente, que está
adaptado al código cp primario de sincronización que se emite por
todas las estaciones base. A este respecto, todas las estaciones BS
base emiten el mismo código cp primario de sincronización de
longitud 256.
Mediante correlación a partir de una secuencia
recibida, la estación móvil determina las secuencias K(i) de
señales recibidas según un principio que se explica en las figuras 6
a 11 y en la descripción correspondiente. Para ello, a la salida de
un filtro adaptado (matched Filter) se emiten valores picos (peaks)
para cada secuencia de señales recibida de cada una de las
estaciones base que se encuentren dentro de la franja de recepción
de la estación móvil. La detección de la posición del valor pico más
intenso posibilita la determinación de la temporización de la
estación base más intensa módulo la longitud de la ranura. Para
garantizar una mayor fiabilidad, la salida del filtro adaptado puede
acumularse de forma no coherente a lo largo del número de ranuras
temporales. Por tanto, la estación móvil realiza una correlación
mediante una secuencia de señales de una longitud de 256 chips como
operación Matched Filter.
En este caso, el código cp de sincronización se
forma, puede estar formado o puede formarse en correspondencia con
una secuencia K(i) de señales, según un principio tal como el
que se explica en la figura 5 y en la descripción correspondiente.
Además, la secuencia K(i) de señales o el código cp de
sincronización de longitud 256 se forman o pueden formarse a partir
de dos secuencias K1(j), K2(k) parciales de señales,
que presentan en cada caso la longitud 16. Además, estas secuencias
parciales de señales forman un par (K1(j); K2(k)) de
secuencias parciales de señales.
En este caso, una secuencia K(i) de
señales que puede obtenerse de esta manera puede denominarse también
"secuencia de señales jerárquica". Una secuencia parcial de
señales también puede denominarse "secuencia de correlación
corta".
La figura 2 muestra una estación de
radiodifusión, que puede ser una estación MS móvil, compuesta de una
unidad de manejo o unidad MMI de interfaz, una unidad STE de
control, un dispositivo VE de tratamiento, un dispositivo SVE de
alimentación de corriente, un dispositivo EE de recepción y, dado el
caso, un dispositivo SE de emisión.
El dispositivo STE de control se compone
fundamentalmente de un microcontrolador MC controlado por un
programa, al que puede accederse leyendo y escribiendo en un módulo
SPE de memoria. El microcontrolador MC controla y supervisa todos
los elementos fundamentales y funciones de la estación de
radiodifusión.
El dispositivo VE de tratamiento también puede
estar formado por un procesador DSP digital de señales, al que
también puede accederse en un módulo SPE de memoria. Mediante el
dispositivo VE de tratamiento también pueden estar realizados medios
de adición y multiplicación.
En los módulos SPE de memoria volátiles o no
volátiles están los datos de programa que se requieren para el
control de la estación de radiodifusión y del desarrollo de la
comunicación, especialmente también de los procesos de transmisión
de señales, y está almacenada información que se genera durante el
tratamiento de las señales. Además, allí pueden almacenarse
secuencias K(i) de señales que se utilizan para la
correlación, y resultados intermedios de cálculos de sumas de
correlación. Por tanto, las secuencias K(i) de señales que se
encuentran en el alcance de la invención pueden estar almacenadas en
la estación móvil y / o en la estación base.
También es posible que estén almacenadas una o
varias secuencias parciales de señales o pares (K1(j);
K2(k)) de secuencias parciales de señales en la estación
móvil y / o en la estación base. Asimismo, es posible que en la
estación móvil y / o en la estación base se forme una secuencia
K(i) de señales a partir de un par (K1(j);
K2(k)) de secuencias parciales de señales.
En especial, en una estación base o en todas las
estaciones base de un sistema puede estar almacenada una secuencia
K(i) de señales que se emiten con separaciones fijas o
variables para la sincronización. En la estación MS móvil está
almacenado el par (K1(j); K2(k)) de secuencias
parciales de señales, a partir del cual puede formarse la secuencia
K(i) de señales almacenada en la estación base, y se consulta
para la sincronización de la estación móvil con una estación base
para el cálculo de las sumas de correlación apropiado en cuanto al
esfuerzo de cálculo.
El almacenamiento de las secuencias de señales o
secuencias parciales de señales también puede tener lugar mediante
un almacenamiento de información correspondiente en cualquier forma
codificada y puede estar realizado mediante medios para el
almacenamiento, tales como, por ejemplo, módulos de memoria volátil
y / o no volátil, o mediante entradas de multiplicador o sumador
configuradas de forma correspondiente o configuraciones de hardware
correspondientes que actúan de igual manera.
La parte HF de alta frecuencia se compone, dado
el caso, del dispositivo SE de emisión, con un modulador y un
amplificador V, y de un dispositivo EE de recepción, con un
demodulador y también un amplificador. Mediante la transformación
analógica / digital se transforman en señales digitales las señales
analógicas de audio y las señales analógicas que se originan por el
dispositivo EE de recepción, y se procesan por medio del procesador
DSP de señales digitales. Tras el procesamiento, las señales
digitales se transforman, dado el caso, mediante la
transformación
digital / analógica, en señales analógicas de audio u otras señales de salida y señales analógicas que van a alimentarse al dispositivo SE de emisión. Para ello se realiza, dado el caso, una modulación o demodulación.
digital / analógica, en señales analógicas de audio u otras señales de salida y señales analógicas que van a alimentarse al dispositivo SE de emisión. Para ello se realiza, dado el caso, una modulación o demodulación.
Al dispositivo SE de emisión y al dispositivo EE
de recepción se alimenta, por medio del sintetizador SYN, la
frecuencia de un oscilador VCO de tensión regulada. Mediante el
oscilador VCO de tensión regulada también puede generarse la
temporización interna del sistema para la temporización de los
dispositivos procesadores de la estación de radiodifusión.
Para recibir y enviar señales mediante la
interfaz aérea de un sistema móvil de radiotelefonía está previsto
un dispositivo ANT de antenas. En el caso de algunos sistemas de
radiotelefonía móvil conocidos, tal como el GSM (Global System for
Mobile Communication), las señales se emiten y reciben por impulsos
temporales en las denominadas "ráfagas".
La estación de radiodifusión también puede ser
una estación BS base. En este caso, también pueden sustituirse el
elemento de altavoz y el elemento de micrófono de la unidad MMI de
manejo por una conexión a una red de radiotelefonía móvil, por
ejemplo, mediante un dispositivo BSC de control de la estación base
o un dispositivo MSC de asignación. Para intercambiar datos
simultáneamente con varias estaciones MS móviles, la estación BS
base dispone de una pluralidad correspondiente de dispositivos de
emisión y recepción.
En la figura 3 se muestra una secuencia
E(1) de señales recibida, que también puede ser una secuencia
de señales derivada de una señal recibida, que representa la
longitud w. Para calcular una primera suma S0 de correlación de
forma correspondiente a la fórmula indicada al principio, se
multiplican por parejas elementos de una primera sección de esta
secuencia E(1) de señales recibida con los elementos
correspondientes de la secuencia K(i) de señales de longitud
n, y la longitud de los resultados parciales que se obtienen se suma
para formar la suma S0 de correlación.
Para calcular otra suma S1 de correlación
adicional, se desplaza la secuencia K(i) de señales un
elemento hacia la derecha, tal como se muestra gráficamente en la
figura, y los elementos de la secuencia K(i) de señales se
multiplican por parejas con los elementos correspondientes de la
secuencia E(1) de señales, y mediante una suma de los
resultados parciales que se obtienen se forma nuevamente la suma S1
de correlación.
La multiplicación por parejas de los elementos de
la secuencia de señales con elementos correspondientes de la
secuencia de señales recibida y la suma subsiguiente también puede
describirse por medio de vectores, como la formación de un producto
escalar, en tanto que se agrupen en cada caso los elementos de la
secuencia de señales y los elementos de la secuencia de señales
recibida para formar un vector de un sistema de coordenadas
cartesiano:
En las sumas S de correlación determinadas de
esta manera puede hallarse el valor máximo, compararse el valor
máximo de las sumas S de correlación con un valor umbral determinado
previamente y, de esta manera, determinarse si en la señal
E(1) recibida está incluida la secuencia K(i) de
señales predeterminada y, si es así, en qué lugar de la señal
E(1) recibida se encuentra y sincronizarse de esta manera dos
estaciones de radiodifusión entre sí, o detectarse datos en los que
uno de sus códigos de propagación ha sido modulado en forma de una
secuencia K(i) de señales.
En la figura 4 se muestra nuevamente la secuencia
E(1) de señales recibida y, como secuencia de correlación,
una secuencia K(i) de señales, que se basa en las secuencias
K1(j), K2(k) parciales de señales.
En la figura 5 se muestra la formación de una
secuencia K(i) de señales que se basa en dos secuencias
K2(k) parciales de señales de longitud n2 y K1(j) de
longitud n1. Para ello, la secuencia K2(k) parcial de señales
se repite n1 veces y, además, se modula mediante la secuencia
K1(j) parcial de señales. La formación de la secuencia
K(i) de señales también puede expresarse de forma matemática
mediante la siguiente fórmula:
K(i) =
K2(i mod n2) * K1(i div n2), para i = 0 ...
n1*n2-1
Para el caso n1 = n2, esto corresponde a la
siguiente relación:
K(i) =
K2(i mod n1) * K1(i div
n2).
A este respecto, "mod" indica el resto
entero de una división y "div" el resultado entero de una
división.
Esto se muestra gráficamente mediante una
secuencia f2, que se compone de las secuencias K2(k)
parciales de señales repetidas, formadas sucesivamente, y una
secuencia f1, que mediante una secuencia K1(j) parcial de
señales alargada está proyectada sobre la secuencia f2.
Mediante una multiplicación de los elementos de
la secuencia f2 con los elementos correspondientes de la secuencia
f1, proyectados de modo correspondiente sobre la secuencia f2, se
genera la nueva secuencia K(i) de señales de longitud n. Esta
formación de una secuencia K(i) de señales se muestra una vez
más en la parte de debajo de la figura mediante un ejemplo de dos
secuencias parciales de señales binarias de longitud 4.
Naturalmente, la invención no está limitada a
secuencias parciales de señales de longitud 4 o a secuencias de
señales de longitud 16. Asimismo, la invención no está limitada a la
descripción matemática empleada anteriormente.
Por ejemplo, la siguiente representación de
secuencias parciales de señales de longitud 16 o de secuencias de
señales de longitud 256 corresponde en cuanto al contenido a la
representación matemática empleada anteriormente y, por tanto,
también está incluida en la invención:
"a" es una secuencia parcial de señales de
longitud 16
a = <x1, x2, ..., x16>;
La secuencia y de señales de longitud 256 se
genera repitiendo 16 veces la secuencia a parcial de señales,
modulándose a mediante una segunda secuencia parcial de señales de
longitud 16:
donde mediante el subrayado doble
se indica la segunda secuencia parcial de señales y la modulación
mediante la segunda secuencia parcial de
señales.
La secuencia de señales de longitud 256 formada
de esta manera puede enviarse, por ejemplo, para la sincronización,
como código cp de sincronización primario de longitud 256.
Las secuencias K(i) de señales formadas de
esta manera pueden utilizarse para el cálculo simplificado de sumas
de correlación de estas secuencias K(i) de señales con
secuencias K(i) de señales recibidas.
En las figuras 6 a 8, de las que nos ocuparemos a
continuación, se muestra una representación esquemática de un
cálculo de sumas S de correlación simplificado de este tipo y, por
tanto, más rápido y rentable.
Primero se forma una suma TS(z) parcial de
correlación. Para ello, por ejemplo, para el primer elemento de la
secuencia TS(0) de sumas parciales de correlación se forma la
suma de correlación de la segunda secuencia K2(k) parcial de
señales con la sección correspondiente de la secuencia E(1)
de señales recibida.
Para el segundo elemento de la secuencia
TS(1) parcial de sumas de correlación se desplaza un elemento
la segunda secuencia K2(k) parcial de señales, tal como se
muestra gráficamente, y también se forma la suma de correlación con
el elemento correspondiente de la secuencia E(1) de señales
recibida, etc.
El elemento de orden n de la secuencia
TS(n1*n2-1) parcial de sumas de correlación
se calcula de forma correspondiente tras n-1
desplazamientos de la segunda secuencia K2(k) parcial de
señales respecto a la secuencia E(1) de señales recibida.
La secuencia TS(z) parcial de sumas de
correlación que se genera de esta manera se muestra en la parte
superior de la figura 7. A partir de esta secuencia parcial de sumas
de correlación se elige entonces cada uno de los elementos de orden
n2 y se multiplica por parejas con el elemento correspondiente de la
primera secuencia K1(j) parcial de señales.
Si se agrupan en cada caso los elementos
seleccionados de la secuencia TS(z) parcial de sumas de
correlación y la primera secuencia K1(j) parcial de señales
para formar vectores, entonces la primera suma S0 de correlación se
forma mediante el producto escalar de estos dos vectores.
La figura 7 muestra en la zona inferior el
cálculo correspondiente de otras sumas S1 ó S2 de correlación
mediante la selección de elementos de orden n2 que se disponen 1 ó 2
elementos a la derecha de los elementos seleccionados como primeros
elementos:
Gracias al almacenamiento de sumas TS parciales
de correlación calculadas una vez, puede recurrirse a éstas al
calcular posteriormente otras sumas de correlación y con ello puede
prescindirse de las etapas de cálculo correspondientes.
Dependiendo de la variante de realización, puede
calcularse primero la secuencia TS(z) parcial completa de
sumas de correlación mediante toda la secuencia E(1) de
señales recibida, y luego calcularse las sumas de correlación
individuales, o, sólo en caso de necesidad para el cálculo de una
nueva suma de correlación, las correspondientes sumas parciales de
correlación requeridas de forma adicional.
La figura 8 muestra nuevamente el procedimiento,
compuesto de dos etapas, para el cálculo de sumas S de correlación,
esta vez mediante el ejemplo mostrado en la figura 5 de dos
secuencias parciales de señales binarias de longitud 4.
En una primera etapa se calculan las sumas
TS(z) parciales de correlación de la segunda secuencia
K2(k) ++-+ parcial de señales con secciones correspondientes
de la secuencia E(1) de señales recibida, y entonces, en una
segunda etapa, se selecciona cada cuarto elemento de la secuencia
TS(z) parcial de sumas de correlación generada de esta
manera, se multiplican con el elemento correspondiente de la primera
secuencia K1(j) +- -+ parcial de señales y se suman
para formar la secuencia S0 de correlación.
En este caso, las líneas trazadas más gruesas
representan las etapas de cálculo que han de realizarse nuevamente
para el cálculo de una suma S1 de correlación adicional, para el
caso de que el resto de sumas TS parciales de correlación ya se
hayan calculado y almacenado.
Esta variante de realización puede realizarse de
la forma más eficaz posible en relación con la memoria si se calcula
primero cada una de las sumas parciales de correlación de orden n2.
Para ello se almacenan de forma intermedia los valores de
muestreo.
Las figuras 9 a 10 presentan otra variante de
realización para el cálculo simplificado de sumas S de correlación
mediante el ejemplo ya citado anteriormente de dos secuencias
parciales de señales binarias de longitud 4.
A este respecto, primero se selecciona cada 4º
elemento de la secuencia E(1) de señales recibida y se forma
la secuencia TS(z) parcial de sumas de correlación de los
elementos seleccionados de esta manera con la secuencia K1(j)
parcial de señales. A partir de la secuencia TS(z) parcial de
sumas de correlación que se genera de esta manera se seleccionan en
cada caso 4 elementos sucesivos, se multiplican por parejas con
elementos correspondientes de la secuencia K2(k) parcial de
señales y los resultados parciales que se obtienen se suman para
formar la suma S de correlación. En este caso, las líneas mostradas
más gruesas representan nuevamente las etapas necesarias
adicionalmente para calcular una suma S1 de correlación adicional,
para el caso de que ya se hayan calculado anteriormente y almacenado
las otras sumas TS parciales de correlación.
La figura 10 muestra nuevamente el cálculo de una
primera suma S0 de correlación, en la que primero se selecciona cada
4º elemento de la secuencia E(1) de señales recibida, estos
elementos se multiplican con elementos correspondientes de la
primera secuencia K1(j) +- -+ parcial de señales y,
mediante la suma de los resultados parciales, se calcula la suma
TS(0) parcial de correlación. En una segunda etapa se
multiplican los cuatro primeros elementos sucesivos de la secuencia
TS(z) parcial de sumas de correlación con los elementos
correspondientes de la segunda secuencia K2(k) ++-+ parcial
de señales y los resultados parciales que se generan se suman para
formar la suma S0 de correlación.
En el caso de esta variante de realización se
requiere menos memoria para almacenar de forma intermedia las sumas
parciales de correlación cuando se calculan sumas de forma
sucesiva.
En una variante de realización preferida de la
invención, como secuencias parciales de señales se utilizan
secuencias Barker dado que éstas, referidas a la longitud, ofrecen
las mejores características de auto-correlación
posibles. Para el procedimiento anteriormente citado es apropiado,
en especial, el empleo de una secuencia de señales de longitud 169,
que se forman mediante dos secuencias Barker parciales de señales de
longitud 13. Una secuencia de este tipo puede emplearse de forma
ventajosa, en especial, en un sistema móvil de radiotelefonía
UMTS.
En función de la variante de realización, los
elementos de las secuencias parciales de señales pueden asumir
valores del círculo trigonométrico, cualquier valor real o cualquier
valor complejo.
Además, otra configuración de la invención prevé
utilizar dos secuencias parciales de señales de la misma longitud.
También es posible utilizar la misma secuencia para las dos
secuencias parciales de señales. Asimismo, puede ser ventajoso
utilizar como segunda secuencia parcial de señales la primera
secuencia parcial de señales reproducida: K1(j) =
K2(n1-j).
Asimismo, es posible emplear una secuencia de
señales acortada con menos valores de n1 * n2. En este caso, para
calcular las sumas de correlación primero se calcula de forma
acortada el último elemento de la secuencia parcial de sumas de
correlación (para el cálculo de una nueva suma de correlación) y
luego (para calcular la secuencia parcial de sumas de correlación
necesaria para las siguientes sumas de correlación) se calcula de
forma completa. Esto permite generar secuencias de señales de
cualquier longitud.
En la nomenclatura anteriormente introducida
también se utiliza una secuencia Ks(i) de señales acortada
cuya longitud ns es menor que n1*n2. Sea ns = n1*n2 - delta. n1
puede seleccionarse de tal manera que se cumpla delta < n2.
El cálculo se realiza de forma análoga al
procedimiento ya mostrado, sólo que se calculan adicionalmente
secuencias TSs parciales de correlación acortadas cuya longitud
también es delta menor que n2.
La primera suma S0 de correlación (acortada)
puede calcularse entonces, de modo que, en contraposición al
procedimiento anteriormente descrito, para el último término se
utiliza la suma parcial de correlación acortada.
S0 =
K1(0)*TS(0)+...+K1(j)*TS(j*n2-1)+...+K1(n1-1)*TSs((n1-1)*n2-1)
De forma ventajosa, la suma TS(i) parcial
de correlación, no acortada, necesaria posteriormente, se calcula
empleando la secuencia TSs(i) parcial de correlación
almacenada.
También es posible emplear una secuencia de
señales alargada, es decir, con más de n1 * n2 valores. Para
calcular las sumas de correlación se calcula en este caso la primera
parte (n1*n2 términos) según el procedimiento anterior y, además, se
agregan términos adicionales. La secuencia Kl(i) de
correlación incluye además una secuencia K(i) de correlación
según la invención que, sin embargo, está alargada elementos
adicionales. Asimismo, este procedimiento permite generar secuencias
de cualquier longitud.
Por tanto, en la nomenclatura anteriormente
introducida también se utiliza una secuencia K1(i) de
correlación alargada cuya longitud n1 es mayor de n1*n2. Se cumple
Kl(i) = K(i) para 0<= i <=
n1*n2-1.
El cálculo se realiza de forma análoga al
procedimiento ya expuesto sólo que, además, los términos adicionales
se calculan según un procedimiento cualquiera, convencional o
también según la invención.
S0 =
K1(0)*TS(0)+..+K1(j)*TS(j*n2-1)+...+K1(n1-1)*TS((n1-1)*n2-1)+K1(n1)*E((n1-1)*n2)+...+Kl(nl)*E(nl)
En otra variante del último ejemplo de
realización expuesto se añaden valores adicionales al inicio y / o
entre las repeticiones (moduladas) de la secuencia K2 parcial de
señales. Los elementos no añadidos se procesan adicionalmente
posteriormente según un procedimiento expuesto anteriormente, los
elementos añadidos se procesan adicionalmente de forma convencional
o también de acuerdo con un procedimiento según la invención.
Un perfeccionamiento adicional de la invención
prevé emplear más de dos secuencias parciales de señales, de modo
que una secuencia parcial de señales se compone en sí misma de
secuencias parciales de señales.
Otra configuración de la invención hace uso de la
estructura regular (casi periódica), condicionada por el principio
estructural regular de la secuencia K(i) de señales, de la
función no periódica de auto-correlación de esta
secuencia de señales. Esto significa que en la búsqueda de una señal
no sólo se produce un valor máximo principal, sino que con
separaciones regulares también se presentan valores máximos
secundarios. Para acelerar la búsqueda de la secuencia de señales en
la secuencia de señales recibida, puede aprovecharse la regularidad
de la posición de los valores máximos. En cuanto se haya hallado un
valor máximo secundario, basándose en la periodicidad puede
predecirse la posición de los otros valores máximos, es decir,
solamente se calcula la suma de correlación en esos puntos. De esta
manera puede detectarse rápidamente el valor máximo principal. No
obstante, los supuestos valores máximos secundarios pueden ser
también únicamente un valor aumentado de forma aleatoria (debido a
la proporción de ruido). En este caso, en los puntos potenciales del
valor máximo principal esperado no se halla realmente ningún valor
máximo. Por tanto, en este caso se desestima la hipótesis y se
prosigue el cálculo de forma convencional.
Sin embargo, también puede aprovecharse la
regularidad de los valores máximos secundarios, condicionada por el
principio estructural de las secuencias de señales, para eliminar y
corregir los valores máximos secundarios perturbadores en el
resultado de correlación. Tras la detección del valor máximo, pueden
calcularse los valores máximos secundarios a partir del valor máximo
y sustraer este valor de los resultados de correlación
correspondientes. De esta manera, se obtiene el resultado de
correlación de una secuencia (hipotética) con función de
auto-correlación perfecta. Con ello se obtiene,
gracias a la regularidad de los valores máximos secundarios, un
cálculo intensamente simplificado.
La invención no está limitada a sistemas de
transmisión por radio, sino que también pueden utilizarse empleando
otros procedimientos de transmisión, por ejemplo, el procedimiento
acústico (ultrasonidos), especialmente para la sonografía, o
procedimientos ópticos, por ejemplo, la medición infrarroja según
las técnicas Lidar. Otra área de aplicación es la investigación de
modificaciones de la composición espectral de señales
retrodispersas.
La formación de secuencias de señales, su
transmisión, así como el cálculo de sumas de correlación de estas
secuencias de señales con secuencias de señales recibidas puede
aplicarse para la sincronización de dos unidades de transmisión,
tales como, por ejemplo, estaciones de radiodifusión, en especial
puede encontrar aplicación el empleo de estas secuencias en el canal
de sincronización en sistemas móviles de radiotelefonía CDMA, tales
como el sistema UMTS que se encuentra en estandardización.
Claims (11)
1. Procedimiento para la sincronización entre una
estación (BS) base y una estación (MS) móvil,
- -
- en el que la estación base emite una secuencia K(i) de señales de longitud n, que puede formarse porque
- -
- se repite n1 veces una segunda secuencia K2(k) parcial de señales de longitud n2 y, además, se modula mediante una primera secuencia K1(j) parcial de señales de longitud n1,
- -
- en el que n1 es igual a n2, y
- -
- en el que esta secuencia K(i) de señales se determina en una estación móvil.
2. Procedimiento según la reivindicación 1, en el
que n es igual a 256, n1 es igual a 16 y n2 es igual a 16.
3. Procedimiento según una de las
reivindicaciones precedentes, en el que la secuencia K(i) de
señales se forma por la modulación de la segunda secuencia
K2(k) parcial de señales según la siguiente norma:
K(i) =
K2(i mod n2) * K1(i div
n2).
4. Procedimiento según una de las
reivindicaciones precedentes, en el que
- -
- en la estación (MS) móvil, para determinar la secuencia K(i) de señales, se consultan conocimientos sobre la primera y la segunda secuencias K1(j), K2(k) parciales de señales.
5. Procedimiento según la reivindicación 4,
- -
- en el que la secuencia K(i) de señales predeterminada, contenida en una secuencia E(1) de señales recibida, se determina en la estación (MS) móvil determinando sumas S de correlación de la secuencia K(i) de señales con secciones correspondientes de la secuencia E(1) de señales recibida, de modo que
- -
- una secuencia TS(z) de sumas parciales de correlación de la secuencia K2(k) parcial de señales se calcula con partes correspondientes de la secuencia E(1) de señales recibida, y
- -
- para el cálculo de una suma S de correlación se seleccionan n1 elementos de la secuencia TS(z) de sumas parciales de correlación y se multiplican a modo de un producto escalar con la secuencia K1(j) parcial de señales.
6. Procedimiento según la reivindicación 5, en el
que para calcular una suma S de correlación se seleccionan en cada
caso n1 elementos de orden n2 de la secuencia TS(z) de sumas
parciales de correlación.
7. Procedimiento según la reivindicación 4,
- -
- en el que la secuencia K(i) de señales predeterminada, contenida en una secuencia E(1) de señales recibida, se determina en la estación (MS) móvil determinando las sumas S de correlación de la secuencia K(i) de señales con secciones correspondientes de la secuencia E(1) de señales recibida, con lo que
- -
- una secuencia TS(z) de sumas parciales de correlación de la secuencia K1(j) parcial de señales se calcula con elementos seleccionados de la secuencia E(1) de señales recibida, y
- -
- para calcular una suma S de correlación se multiplican n2 elementos de la secuencia TS(z) de sumas parciales de correlación con la secuencia K2(k) parcial de señales, a modo de un producto escalar.
8. Procedimiento según la reivindicación 7, en el
que para calcular una suma TS parcial de correlación se seleccionan
en cada caso n1 elementos de orden n2 de la secuencia E(1) de
señales recibida.
9. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 4 a 8, en el que las sumas TS parciales de
correlación calculadas se almacenan en la estación (MS) móvil y se
utilizan para calcular otra suma S de correlación.
10. Estación (BS) base que está configurada de
tal manera que, para la sincronización entre la estación (BS) base y
una estación (MS) móvil, emite una secuencia de sincronización, que
puede obtenerse porque
- -
- una segunda secuencia K2(k) parcial de señales de longitud n2 se repite n1 veces y, además, se modula mediante una primera secuencia K1(j) parcial de señales de longitud n1, de modo que
- -
- n1 es igual a n2.
11. Estación (MS) móvil que está configurada de
tal manera que, para la sincronización entre una estación (BS) base
y la estación (MS) móvil, utiliza una secuencia de sincronización
que puede obtenerse porque
- -
- se repite n1 veces una secuencia K2(k) parcial de señales de longitud n2 y, además, se modula mediante una primera secuencia K1(j) parcial de señales de longitud n1, de modo que
- -
- n1 es igual a n2.
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