ES2247647T3 - Procedimiento para medir y corregir la frecuencia de un oscilador de un receptor. - Google Patents
Procedimiento para medir y corregir la frecuencia de un oscilador de un receptor.Info
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Abstract
LA INVENCION SE REFIERE A UN PROCEDIMIENTO PARA LA MEDICION Y CORRECCION DE LA FRECUENCIA DE OSCILADORES DE RECEPCION, DONDE LOS DATOS DIGITALES A SER TRANSMITIDOS SON MODULADOS SOBRE UNA SEÑAL PORTADORA DE ETAPA ALTA. SE HA PREVISTO, QUE LOS DATOS SE TRANSMITAN COMO SEÑALES (D) UTILES ALTERNATIVAMENTE CON SEÑALES (T) DE PRUEBA EN ETAPA BAJA, Y EN LA RECEPCION DE SEÑALES DIGITALES SE DETERMINA UNA DIFERENCIA DE FRECUENCIA ENTRE UNA FRECUENCIA TEORICA DE UN OSCILADOR EMISOR Y UNA FRECUENCIA REAL DE UN OSCILADOR (28) DE RECEPCION CON REFERENCIA A LAS SEÑALES (T) DE PRUEBA, Y A PARTIR DE ESTA DIFERENCIA DE FRECUENCIA SE DETERMINA UNA SEÑAL (U S ) DE REGULACION PARA AJU STE DEL OSCILADOR (28) DE RECEPCION SOBRE LA FRECUENCIA TEORICA.
Description
Procedimiento para medir y corregir la frecuencia
de un oscilador de un receptor.
La invención concierne a un procedimiento para
medir y corregir la frecuencia de osciladores de receptores, en el
que unos datos a transmitir están modulados a nivel alto sobre una
señal portadora.
Se conocen procedimientos de la clase citada.
Así, por ejemplo, en la transmisión por radio digital, los datos a
transmitir (informaciones) están modulados a nivel alto sobre una
señal portadora como señales útiles. A tal efecto, se utilizan por
ejemplo una modulación APSK 32 (manipulación por desplazamiento de
amplitud y de fase) o una modulación APSK 64. Las señales moduladas
de esta manera son enviadas por un emisor y recibidas por
receptores. En el emisor se utilizan osciladores de emisión para la
modulación y en el receptor se emplean osciladores de los receptores
para la desmodulación. En este caso, debido a tolerancias de los
cristales de cuarzo utilizados en los osciladores se llega a una
diferencia entre una frecuencia nominal en el oscilador del emisor y
una frecuencia real en el oscilador del receptor, que perjudica a
una sincronicidad entre el sensor y el receptor. En particular, dado
que, debido a la utilización masiva de receptores, deben ser
económicos los cristales de cuarzo allí utilizados, éstos presentan
una tolerancia y una falta de precisión relativamente elevadas. Una
diferencia de frecuencia entre la frecuencia nominal y la frecuencia
real provoca un giro de la estrella de fases en el receptor, dado
que la posición de frecuencia de la señal recibida ya no concuerda
con precisión. En caso de una tolerancia máxima posible de la
frecuencia en el oscilador del emisor, que usualmente está en el
rango de 10^{-6}, son posibles tolerancias de \pm 30 Hz, por
ejemplo al emitir en el dominio superior de onda corta a 30 MHz.
Debido a la utilización de cristales de cuarzo más económicos en los
osciladores de los receptores, éstos presentan usualmente una
tolerancia de 10^{-4}, lo que, en el ejemplo citado, puede
conducir a desviaciones de frecuencia de hasta \pm 3 kHz.
Por "Synchronization in Digital Communications
Volume 1", H. Meyr, G. Ascheid, Editorial John Wiley & Sons,
1989, se conoce un procedimiento en el que se estima una diferencia
de frecuencia entre una frecuencia nominal y la frecuencia real. En
este caso, se parte de que en el lado del receptor se supone que la
señal recibida debe tener propiedades similares al ruido. Con ayuda
de la variación de fase media de la señal digital recibida se estima
la diferencia de frecuencia. En este caso, es desventajoso que una
diferencia de frecuencia se pueda determinar únicamente con un error
relativamente grande. El documento
US-A-5.343.497 divulga un
procedimiento de este tipo.
La invención se basa en el problema de indicar un
procedimiento del tipo citado al principio, por medio del cual pueda
reducirse una perturbación de los datos recibidos como consecuencia
de una tolerancia de los cristales de cuarzo utilizados en los
osciladores del emisor y del receptor.
Según la invención este problema se resuelve con
un procedimiento con las características citadas en la
reivindicación 1. Dado que los datos se transmiten como señales
útiles que alternan con señales de prueba sobremoduladas a nivel
bajo y, en la recepción de las señales digitales, se mide una
diferencia de frecuencia entre una frecuencia nominal de un
oscilador de emisor y una frecuencia real de un oscilador de
receptor y, a partir de esta diferencia de frecuencia, se determina
una señal de regulación para ajustar el oscilador del receptor a la
frecuencia nominal, es ventajosamente posible determinar una
diferencia de frecuencia resultante para el respectivo receptor y
tomarla en consideración, con referencia al receptor, para la
evaluación de las señales útiles.
En una configuración preferida de la invención se
prevé realizar el procedimiento en múltiples etapas, con lo que las
etapas individuales del procedimiento se ejecutan una tras otra en
correspondencia con una diferencia de frecuencia que aparece
efectivamente entre la frecuencia nominal y la frecuencia real, de
modo que aumenta escalonadamente la precisión de la regulación del
oscilador del receptor. Por tanto, puede realizarse de forma
sencilla un reparto de la determinación de la diferencia de
frecuencia en pasos individuales, pudiendo utilizarse dentro de los
pasos individuales unos respectivos procedimientos de medición de
frecuencia sintonizados con estos pasos, que pueden optimizarse
respectivamente de modo individual. Por tanto, puede realizarse muy
ventajosamente un preajuste, por ejemplo en una primera etapa, por
medio de un procedimiento de medición relativamente tosco, mientras
que el ajuste fino puede realizarse por medio de un procedimiento de
medición diseñado para el rango de diferencia de frecuencia más
reducido que sigue estando presente entonces. Por tanto, en total
resulta un procedimiento altamente preciso en el que pueden
reconocerse de forma segura las tolerancias entre los cristales de
cuarzo de los osciladores de emisor y los osciladores de receptor,
pudiendo compensarse éstas con referencia al receptor, es decir, en
forma adaptada para cada receptor.
Configuraciones ventajosas adicionales de la
invención resultan de las restantes características citadas en las
reivindicaciones subordinadas.
La invención se explica a continuación con
detalle en un ejemplo de ejecución con ayuda de los dibujos
correspondientes. Muestran:
La figura 1, una estructura esquemática de una
señal digital transmitida;
La figura 2, un diagrama de bloques para
determinar una diferencia de frecuencia; y
La figura 3, un diagrama de bloques para calibrar
un oscilador de receptor.
En la figura 1 se insinúa esquemáticamente la
estructura de una señal digital transmitida. Es evidente que la
corriente de datos de la señal digital transmitir presenta
secuencias diferentes que se alternan. Se prevé que los datos a
transmitir como señales útiles D se transmitan alternando con
señales de prueba T. Las señales útiles D se han modulado
digitalmente a nivel alto, por ejemplo por medio de una modulación
APSK 32 o una modulación APSK 64. Las señales de prueba T se han
modulado a nivel bajo, por ejemplo con una modulación PSK 2, y
constan de una secuencia conocida de señales de prueba binarias que
se producen, por ejemplo, en un dispositivo emisor con una secuencia
pseudoaleatoria. Con respecto a la estructura de la transmisión de
las señales digitales, se remite a la solicitud de patente anterior
DE 196 46 164, cuyo contenido se acoge con esta mención expresamente
en la revelación de esta descripción.
Con ayuda de las señales de prueba transmitidas T
se determina de modo correspondiente al procedimiento explicado a
continuación una diferencia de frecuencia entre una frecuencia
nominal de un cristal de cuarzo de un oscilador de emisor y una
frecuencia real de un cristal de cuarzo de un oscilador de receptor.
La señal digital recibida (señal FI) se descompone en una porción de
señal I y en una porción de señal Q por medio de un mezclado I/Q 10.
A través de convertidores de analógico a digital 12 y 14, la señal I
y la señal Q son suministradas a un procesador de señales digitales
16. Tanto la señal I como la señal Q se suministran a tres etapas de
evaluación 18, 20 y 22. En este caso, las señales se evalúan una
tras otra en las etapas de evaluación 18, 20 y 22, es decir, las
etapas de evaluación 18, 20 y 22 se basan una en otra. En primer
lugar, se realiza una evaluación con la etapa de evaluación 18, a
continuación con la etapa de evaluación 20 y, finalmente, con la
etapa de evaluación 22.
En particular, la evaluación se realiza como
sigue:
En primer lugar, en la etapa de evaluación 18 se
determina una diferencia de fase media entre los valores de
exploración consecutivos de la señal recibida. Esta diferencia de
fase media es proporcional a una desviación de frecuencia entre una
frecuencia nominal de un oscilador de emisor y una frecuencia real
de un oscilador de receptor. En este caso, a través de un
procedimiento de estimación, por ejemplo el denominado procedimiento
de máxima probabilidad, se evalúa la variación de fase media de las
señales recibidas. Mediante la etapa de evaluación 18 se realiza una
determinación relativamente tosca de la diferencia de frecuencia,
suministrándose a un elemento sumador 24 una señal de control
S_{1} generada de forma correspondiente a la diferencia de
frecuencia determinada. La salida del elemento sumador 24 está unida
a un convertidor de digital a analógico 26 en cuya salida se aplica
una tensión de regulación U_{S}. Esta tensión de regulación
U_{S} es suministrada al oscilador 28 del receptor como señal de
corrección, repercutiendo la acción del oscilador 28 sobre el
mezclador I/Q 10 y realizando una corrección de frecuencia en el
lado del receptor de la señal FI recibida.
La corrección de frecuencia explicada hasta aquí,
para calibrar una diferencia de frecuencia entre una frecuencia
nominal y una frecuencia real, se basa en la señal de control
S_{1} obtenida en la etapa de evaluación 18. Esta señal adolece de
una falta de precisión relativamente elevada. Sin embargo, se
consigue con ella que, a través de la etapa de evaluación 18, pueda
cubrirse un rango de frecuencia relativamente grande y pueda
aproximarse la frecuencia real hasta relativamente cerca de la
frecuencia nominal. Por tanto, la señal I y la señal Q ya corregidas
(previamente corregidas) pueden ser sometidas a una evaluación más
precisa en la etapa de evaluación 20. Para aumentar una precisión de
medición de la etapa de evaluación 18, se prevé que no se utilicen
los valores de exploración de la señal digital recibida por debajo
de una magnitud media determinada que, por ejemplo, asciende al 20%
de un valor máximo.
En la etapa de evaluación 20 se realiza ahora una
medición de frecuencia diferencial exacta de la frecuencia real del
oscilador del receptor (con respecto a una estimación de frecuencia
en la etapa de evaluación 18). La etapa de evaluación 20 comienza a
evaluar las señales de prueba T cuando una desviación de frecuencia
máxima f_{dif(max)} admisible fijada para la etapa de
evaluación 20 se queda por debajo de la frecuencia diferencial
efectiva. Si esta frecuencia diferencial es mayor que la frecuencia
diferencial máxima admisible, se recorre una vez más la etapa de
evaluación 18. Un reconocimiento de la frecuencia diferencial máxima
admisible depende de una longitud de correlación k_{corr}y de una
tasa de símbolos y, por ejemplo para una correlación de más de 19
símbolos y de una velocidad de transmisión de 7200 símbolos por
segundo dentro de las señales de prueba T, está situado en
aproximadamente 150 Hz medidos (en términos puramente analíticos en
aproximadamente 190 Hz). En este caso, se cumple la relación:
f_{dif(max)}=\frac{1}{(2*T_{sim}*k_{corr})}
en donde T_{sim} corresponde a la
duración de un
símbolo.
Cuando se ha reconocido la posición de la
secuencia de prueba T, puede medirse, a partir de la estructura
conocida de la secuencia de prueba T, una diferencia de frecuencia
exacta entre la frecuencia nominal y la frecuencia real. A partir de
la secuencia de prueba se puede reconocer un giro de fase como
consecuencia de una diferencia de frecuencia. Si se transmite ésta
como modulación PSK 2, son posibles solamente dos estados de fase
que difieren uno de otro en 180º. Si se evalúan valores de
exploración consecutivos de la secuencia de prueba, la diferencia de
fase de un valor de exploración al siguiente valor de exploración
puede ascender a 0º o a 180º. Si se presenta un giro de fase
adicional \varphi debido a una frecuencia diferencial, la
diferencia de fase entre los dos valores de exploración corresponde
al giro de fase \varphi o 180º + \varphi.
Asimismo, si se parte de que, a una diferencia de
fase \varphi de más de 90º entre dos valores de exploración
consecutivos, se recibió el símbolo opuesto de la modulación PSK 2,
pueden restarse en este caso 180º de la diferencia de fase. El
resultado es en cada caso el giro de fase \varphi, que es
originado por la diferencia de frecuencia entre la diferencia
nominal y la diferencia real. Por tanto, pueden determinarse giros
de fase de hasta 90º entre dos valores de exploración consecutivos.
De forma correspondiente al giro de fase \varphi determinado en
la etapa de evaluación 20, se facilita una señal de control S_{2}
que es suministrada al sumador 24. El sumador 24 proporciona después
una señal correspondiente a la señal de control S_{2} al
convertidor de digital a analógico 26, de modo que se suministre al
oscilador 28 una tensión de señal correspondientemente transformada
U_{S}. Por tanto, este oscilador puede ajustar exactamente la
frecuencia del oscilador del receptor a la frecuencia nominal a
través de esta tensión de corrección. Debido a la correlación lineal
entre el giro de fase \varphi y la diferencia de frecuencia, ésta
puede determinarse con una precisión muy elevada. Por tanto, la
frecuencia nominal del oscilador 28 del receptor corresponderá con
una elevada precisión a la frecuencia real del oscilador del
emisor.
Para elevar la precisión del procedimiento, puede
estar previsto no evaluar valores de exploración dentro de la
secuencia de prueba T con una amplitud muy reducida. Estos valores
pueden provenir, por ejemplo, del paso por cero durante la
alternancia entre dos símbolos. Dado que, en general, estas
alternancias no pasan exactamente por el punto cero, son posibles
aquí posiciones de fase arbitrarias. Para excluir un error
resultante de esto, puede fijarse, por ejemplo, un límite de 20% de
la magnitud media de los valores de exploración que debe ser
sobrepasado para la evaluación. En consecuencia, no se tienen en
cuenta valores de exploración con una magnitud más reducida. En este
caso, el giro de fase \varphi se determina a través de varios
valores de exploración. El giro de fase \varphi puede ascender
también aquí a un máximo de 90º para mantener un resultado
inequívoco de la medición de frecuencia en la etapa de evaluación
20.
Una vez que, a través de la adaptación escalonada
descrita de la frecuencia nominal a la frecuencia real, se ha
eliminado una frecuencia diferencial entre la frecuencia nominal y
la frecuencia real, comienza la recepción de las señales útiles D.
Dado que se ha compensado ya una diferencia de frecuencia entre la
frecuencia nominal y la frecuencia real, la recepción de las señales
útiles D puede realizarse por medio de un procedimiento de
regulación de frecuencia relativamente sencillo dentro de la etapa
de evaluación 22.
Para ello, se realiza una ecualización de canal
para obtener una respuesta de impulso de canal a partir de las
señales de prueba recibidas T. Con ayuda de la respuesta de impulso
de canal, puede determinarse una oscilación de frecuencia que se
establezca como consecuencia de un eco que se presente dentro del
canal de transmisión. Con ayuda de la repuesta de impulso de canal
calculada de las señales de prueba T se pueden reconstruir
exactamente las señales útiles emitidas D.
Se mide continuamente la oscilación de frecuencia
durante la transmisión de las señales útiles D. Para ello, se
determina cada vez tan sólo la posición de fase del máximo de la
respuesta de impulso de canal y se reajusta correspondientemente la
frecuencia real del oscilador 28 mediante la habilitación de una
señal de control S_{3} que pasa a ser la tensión de regulación
U_{S}. Por tanto, la frecuencia real del oscilador 28 puede
ajustarse con una precisión muy elevada a la frecuencia nominal del
oscilador del emisor.
Puede preverse que se admita, por medio de la
etapa de evaluación 22, una insignificante diferencia de frecuencia
entre la frecuencia real y la frecuencia nominal, dado que, de lo
contrario, debido a la respuesta de impulso de canal continuamente
variable, se produciría un reajuste permanente de la frecuencia del
oscilador 28. En consecuencia, podría producirse un perjuicio de la
desmodulación de las señales digitales que se transmiten.
Por tanto, después de recorrer las etapas de
evaluación 18 y 20, puede realizarse, por medio de la etapa de
evaluación 22 con un coste de cálculo relativamente reducido, una
eliminación de una diferencia de frecuencia o bien un ajuste de una
diferencia de frecuencia mínima admisible como máximo. Debido a la
multiplicidad de etapas del procedimiento, cada etapa de evaluación
18, 20, 22 se utiliza solamente hasta que pueda trabajar la etapa de
evaluación inmediata mejor (etapa de evaluación 20) o la siguiente
etapa de evaluación menos costosa (etapa de evaluación 22).
Debido a una combinación de varios métodos, por
un lado una estimación de diferencia de frecuencia y, por otro lado,
una medición de diferencia de frecuencia basada en la estimación,
puede determinarse y regularse un error de frecuencia con elevada
seguridad. Se eleva así sustancialmente una precisión de la
compensación de frecuencia diferencial con respecto a los
procedimientos conocidos. Finalmente, por medio de la etapa de
evaluación 22 puede asegurarse una sincronicidad de frecuencia
continua entre la frecuencia nominal y la frecuencia real durante la
transmisión de las señales útiles D.
Claims (8)
1. Procedimiento para medir y corregir la
frecuencia de osciladores de receptores, en el que unos datos
digitales a transmitir están modulados a nivel alto sobre una señal
portadora, los datos son transmitidos como señales útiles (D) que
alternan con señales de prueba (T) sobremoduladas a nivel bajo, al
recibir las señales digitales se determina una diferencia de
frecuencia entre una frecuencia nominal de un oscilador de emisor y
una frecuencia real de un oscilador de receptor (28) con ayuda de
las señales de prueba (T), y a partir de esta diferencia de
frecuencia se determina una señal de regulación (U_{S}) para
ajustar el oscilador de receptor (28) a la frecuencia nominal,
caracterizado porque se compensa la diferencia de frecuencia
en múltiples etapas, basándose las distintas etapas (18, 20, 22) una
en otra.
2. Procedimiento según la reivindicación
anterior, caracterizado porque las señales digitales se
evalúan en un procedimiento de tres etapas.
3. Procedimiento según una de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque en una
primera etapa de evaluación (18) se determina una diferencia de fase
media entre valores de muestreo consecutivos de la señal recibida,
proporcionando una señal de control (S_{1}) correspondiente a la
diferencia de fase una tensión de regulación (U_{S}) para el
oscilador (28) del receptor.
4. Procedimiento según una de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque en una
segunda etapa de evaluación (20) se realiza una medición de
frecuencia diferencial que se utiliza cuando una frecuencia
diferencial ajustada a través de la etapa de evaluación (18) es más
pequeña que una diferencia de frecuencia (f_{dif(max)})
máxima admisible fijada para la segunda etapa de evaluación
(20).
5. Procedimiento según una de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque una señal
de control (S_{2}) correspondiente a la frecuencia diferencial
proporciona, a través de la segunda etapa de evaluación (20), la
tensión de regulación (U_{S}) para el oscilador (28) del
receptor.
6. Procedimiento según una de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque no se
evalúan, a través de la etapa de evaluación (20), valores de
exploración con amplitud reducida, en particular aquéllos que están
por debajo de un límite de 20% de una magnitud media de dichos
valores de exploración.
7. Procedimiento según una de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la etapa de
evaluación (22) admite una frecuencia diferencial insignificante
prefijable.
8. Procedimiento según una de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque una tercera
etapa de evaluación (22) capta una respuesta de impulso de canal por
medio de una ecualización de canal, suministrando una señal de
control (S_{3}) correspondiente a la respuesta de impulso de canal
la tensión de regulación (U_{S}) para el oscilador (28) del
receptor.
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