ES2212892B2 - Receptor superregenerativo de espectro ensanchado por secuencia directa con sistema de sincronizacion. - Google Patents
Receptor superregenerativo de espectro ensanchado por secuencia directa con sistema de sincronizacion. Download PDFInfo
- Publication number
- ES2212892B2 ES2212892B2 ES200201674A ES200201674A ES2212892B2 ES 2212892 B2 ES2212892 B2 ES 2212892B2 ES 200201674 A ES200201674 A ES 200201674A ES 200201674 A ES200201674 A ES 200201674A ES 2212892 B2 ES2212892 B2 ES 2212892B2
- Authority
- ES
- Spain
- Prior art keywords
- extinction
- superregenerative
- oscillator
- receiver
- generator
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Landscapes
- Synchronisation In Digital Transmission Systems (AREA)
Abstract
La invención consiste en un receptor superregenerativo de espectro ensanchado por secuencia directa que incorpora un sistema de control de extinción que permite efectuar las operaciones de adquisición y seguimiento de código pseudoaleatorio, necesarias para la detección de la señal de espectro ensanchado. El sistema aprovecha la correlación de chip efectuada por el oacilador superregenerativo (3) más la correlación de código pseudoaleatorio llevada a cabo por el multiplicador (7) y el filtro integrador (8) para generar una señal de control de la frecuencia del generador de extinción. Consta de los siguientes elementos esenciales: un preamplificador de bajo ruido (2), un oscilador superregenerativo (3), un detector de envolvente (4), un generador de extinción (5) con control de frecuencia (30), un generador de código PN (6), un multiplicador de código PN (7), un filtro integrador (8), un detector de datos (9), un detector de valor absoluto (10), un activador de seguimiento (11) y un filtro de lazo (12).
Description
Receptor superregenerativo de espectro
ensanchado por secuencia directa con sistema de sincronización.
La presente invención está relacionada, en
general, con los receptores de radio. Más concretamente, la
invención se refiere a un receptor superregenerativo adaptado para
la recepción de señales de espectro ensanchado por secuencia
directa y que incorpora un sistema de sincronización.
Los receptores de radio conocidos como
superregenerativos se utilizan en radioenlaces de corto alcance
gracias a su gran sencillez, bajo coste y reducido consumo. Algunos
ejemplos de aplicación son: sistemas de control remoto, sistemas de
telemetría de corta distancia y sistemas de transmisión de voz.
Habitualmente, los fabricantes de este tipo de
receptores persiguen en sus diseños la obtención de un consumo de
potencia muy reducido así como la fabricación masiva de unidades a
un bajo coste.
Por otro lado, existe una creciente utilización
de radioenlaces de datos de corto alcance, como parte de redes de
área local inalámbricas (WLAN) y sistemas de comunicación personal,
que requiere el uso de terminales portátiles de tamaño, peso y
consumo reducidos. Los estándares que regulan este tipo de
comunicaciones utilizan las bandas de radiofrecuencia conocidas como
ISM (industrial, scientific and medical), en las que es
posible transmitir sin necesidad de licencia. Dichos estándares
utilizan habitualmente técnicas de espectro ensanchado,
caracterizadas por proporcionar una serie de ventajas como son:
mayor privacidad, mayor resistencia a interferencias, menor
interferencia causada a otros sistemas y la posibilidad de efectuar
multiplexación por división de código (CDMA).
La presente invención se caracteriza porque
permite combinar las características propias del receptor
superregenerativo, en términos de coste y consumo de potencia, con
las ventajas de las comunicaciones de espectro ensanchado, siendo
susceptible de ser utilizada en aplicaciones ISM.
Uno de los inconvenientes tradicionales del
receptor superregenerativo como receptor de señales de banda
estrecha es su baja selectividad. Esta característica lo hace más
sensible al ruido y a interferencias en comparación con otros tipos
de receptores, como por ejemplo los de tipo superheterodino.
Recientemente, los autores de la presente invención aprovecharon
esta propiedad para desarrollar un receptor superregenerativo de
espectro ensanchado por secuencia directa, así como diversas
variantes del mismo, que permitía combinar las características
propias del receptor, en términos de coste y consumo de potencia,
con las ventajas de las comunicaciones de espectro ensanchado. Se
demostraba así la viabilidad de este receptor en comunicaciones de
espectro ensanchado, aunque quedaba por resolver un problema
fundamental, como es el de la sincronización de código
pseudoaleatorio (PN), necesaria en todo sistema de espectro
ensanchado. La presente invención utiliza un receptor
superregenerativo de espectro ensanchado y un sistema de
sincronización que permite la operación del receptor de forma
totalmente autónoma y únicamente a partir de la señal de espectro
ensanchado recibida. El sistema de sincronización permite efectuar
las operaciones de adquisición y seguimiento de código
pseudoaleatorio y se caracteriza por su gran simplicidad, de manera
que no penaliza significativamente las ventajas propias del
receptor superregenerativo.
El receptor superregenerativo fue presentado por
Armstrong en 1922 [Arm-22] y, desde entonces, se ha
venido utilizando en aplicaciones diversas. Durante la década de
1930 fue ampliamente utilizado por radioaficionados como un
económico receptor de onda corta. Diversos sistemas de tipo
"walkie-talkie" se basaron en este receptor
por su reducido peso y coste. En la Segunda Guerra Mundial se
utilizó como baliza para la identificación radar de barcos y
aeronaves [Whi-50]. A medida que el transistor
empezó a reemplazar al tubo de vacío, el receptor superregenerativo
quedó relegado a aplicaciones muy específicas. Sirvan como ejemplo:
radares ligeros [Mil-68][Str-71 ],
espectroscopia de resonancia nuclear [Bat-76]
[Sub-81], receptores alimentados por energía solar
[Coy-92] e instrumentación médica
[Cre-94]. El principio de operación del receptor
superregenerativo se ha implementado también con éxito en el campo
de los amplificadores ópticos láser [Der-71]
[Esp-99]. Actualmente, las principales aplicaciones
del receptor superregenerativo se encuentran entre los enlaces de
radio de corto alcance en donde bajo coste y consumo reducido son
factores determinantes. Entre dichas aplicaciones destacan: sistemas
de control remoto (puertas automáticas, alarmas de coche, robots,
modelismo, etc.), sistemas de telemetría de corta distancia,
teléfonos portátiles y similares.
Diversas innovaciones tecnológicas han ido
apareciendo a lo largo del tiempo con el objetivo de mejorar las
prestaciones del receptor superregenerativo. Se presenta a
continuación una lista de patentes aparecidas en las últimas
décadas:
\newpage
| Número de patente \hskip1cm | \hskip1cm Autor \hskip1cm | \hskip1cm Fecha |
| US Pat. No. 3883809 \hskip1cm | \hskip1cm Ver Planck et al. \hskip1cm | \hskip1cm 13 de Mayo de 1975 |
| US Pat. No. 4143324 \hskip1cm | \hskip1cm Davis \hskip1cm | \hskip1cm 6 de Marzo de 1979 |
| US Pat. No. 4307465 \hskip1cm | \hskip1cm Geller \hskip1cm | \hskip1cm 22 de Diciembre de 1981 |
| US Pat. No. 4393514 \hskip1cm | \hskip1cm Minakuchi \hskip1cm | \hskip1cm 12 de Julio de 1983 |
| US Pat. No. 4455682 \hskip1cm | \hskip1cm Masters \hskip1cm | \hskip1cm 19 de Junio de 1984 |
| US Pat. No. 4749964 \hskip1cm | \hskip1cm Ash \hskip1cm | \hskip1cm 7 de Junio de 1988 |
| US Pat. No. 4786903 \hskip1cm | \hskip1cm Grindahl et al. \hskip1cm | \hskip1cm 22 de Noviembre de 1988 |
| US Pat. No. 5029271 \hskip1cm | \hskip1cm Meierdierck \hskip1cm | \hskip1cm 2 de Julio de 1991 |
| US Pat. No. 5630216 \hskip1cm | \hskip1cm McEwan \hskip1cm | \hskip1cm 13 de Mayo de1997 |
La patente de Ver Planck et al. se titula
"Superregenerative Mixers and Amplifiers" y describe un
receptor superregenerativo que incluye un diodo túnel. El diodo
túnel se utiliza paró amplificar la señal de radiofrecuencia y para
mezclarla con la oscilación local, proporcionando una salida de
frecuencia intermedia. La oscilación local es un armónico de la
frecuencia de extinción aplicada al diodo túnel.
La patente de Davis se titula "Transistorized
Superregenerative Radio Frequency Detector" e ilustra un
detector superregenerativo de radiofrecuencia transistorizado de
autoextinción, que utiliza una frecuencia de extinción mucho más
alta que los receptores superregenerativos convencionales.
La patente de Geller se titula "Digital
Communications Receiver" y describe un receptor de señales de
radiofrecuencia binarias. El detector superregenerativo proporciona
una señal que, mediante una tensión constante de referencia y un
comparador, genera una tensión de salida digital.
La patente de Minakuchi et al. se titula
"Superregenerative Receiver" y describe un receptor
superregenerativo que incluye un oscilador de extinción que permite
convertir la señal recibida en una señal de baja frecuencia. El
oscilador de extinción incluye un transistor, un circuito de
retroalimentación positiva y un circuito RC.
La patente de Masters se titula
"Superregenerative Radio Receiver" e ilustra un receptor
superregenrativo especialmente adaptado para asegurar la estabilidad
en frecuencia del receptor con respecto a una frecuencia
preseleccionada. El receptor incluye un receptor superregenerativo
con una antena montada en un recinto especial que incorpora una
superficie reflectora de señales de radio.
La patente de Ash se titula "Superregenerative
Detector Having a Saw Device in the Feedback Circuit" y describe
un receptor superregenerativo que utiliza un único transistor con
un dispositivo de onda acústica superficial en el lazo de
retroalimentación, estabilizando así la frecuencia de
oscilación.
La patente de Grindahl et al. se titula
"Remotely Interrogated Transponder" e ilustra un transpondedor
que puede ser interrogado de forma remota. El receptor incluye un
oscilador, un detector, un demodulador y un circuito lógico. Utiliza
como dispositivo selectivo en frecuencia una sección de microstrip
cortocircuitada de media longitud de
onda.
onda.
La patente de Meierdierck se titula
"Superregenerative Detector" y describe un receptor
superregenerativo mejorado que incluye un amplificador operacional y
una señal de referencia que actúan sobre el propio receptor con el
fin de someterlo a un funcionamiento lineal.
La patente de McEwan se titula "Micropower RF
Transponder with Superregenerative Receiver and RF Receiver with
Sampling Mixer" y describe un transpondedor de radiofrecuencia
que utiliza una adaptación del receptor superregenerativo en que el
oscilador de extinción es externo al transistor regenerativo. El
oscilador de extinción aplica una señal exponencialmente
decreciente con el fin de conseguir una elevada sensibilidad y
utiliza una configuración de alimentación que permite la operación
con tensiones de alimentación muy bajas.
Recientemente han aparecido diversas
publicaciones que presentan nuevos aspectos y realizaciones del
receptor superregenerativo. Se presentan a continuación las más
relevantes.
En [Lee-96] se pone de
manifiesto la existencia de comportamientos caóticos en los
receptores superregenerativos.
En [Jam-97] y
[Buc-00] se presentan dos prototipos de receptor
superregenerativo de alta frecuencia, concretamente en las bandas
SHF y KA, respectivamente.
En [Fav-98] se presenta un
receptor superregenerativo de bajo consumo para aplicaciones ISM,
integrado con tecnología CMOS de 0.8 \mum.
En [Vou-01] se describe un
receptor superregenerativo de bajo consumo a 1 GHz, integrado con
tecnología CMOS de 0.35 \mum. Este receptor incluye un control
automático de ganancia.
En [Joe-01] se describe un
transceptor superregenerativo de bajo consumo con control de tipo
PLL compartido en el tiempo. El sistema incluye dos lazos de
control: uno para el control de sensibilidad y selectividad y otro
para el control de frecuencia.
Finalmente, en [Mon-00],
[Mon-01] y [Mon-02] los autores de
la presente invención describen diversas adaptaciones del receptor
superregenerativo para comunicaciones de espectro ensanchado por
secuencia directa. Dichos receptores no incluyen el sistema de
sincronización objeto de la presente invención.
[Arm-22] E.H. Armstrong,
"Some recent developments of regenerative circuits". Proc.
IRE, vol. 10, pp. 244-260, Aug. 1922.
[Whi-50] J.R. Whitehead.
Super-Regenerative Receivers. Cambridge,
U.K.: Cambridge Univ. Press, 1950.
[Mil-68] C.J. Milner,
G.S. Shell. "A super-regenerative microwave
Doppler moving-target indicator", IEEE
Transactions on Vehicular Technology, vol.
vt-17, no.1, Oct. 1968, pp.
13-23.
[Str-71] F.G. Strembler.
"Design of a small radar altimeter for balloon payloads",
3^{rd} International Geoscience Electronics Symposium Digest of
Technical Papers. IEEE, New York, 1971, iii+73 pp. 1
pp.
[Der-71] L.N. Deryugin,
B.P. Kulakov, V.K. Nurmukhametov.
"Superregenerative amplification possibilities in a
Q-switched laser", Radio Engineering and
Electronic Physics, vol. 16, no. 1, Jan. 1971, pp.
119-26.
[Bat-76] J.H. Battocletti
et al. "Cerebral blood flow measurement using nuclear
magnetic resonance techniques", 29^{th} Annual Conference on
Engineering in Medicine and Biology, Alliance for Engng. In
Medicine & Biology, Chevy Chase, MD, USA, 1976,
xviii+484 pp. P.42.
[Sub-81] V.H.
Subramanian, P.T. Narasimhan, K.R. Srivatsan.
"An injection and phase-locked
super-regenerative NQR spectrometer", Journal
of Physics E (Scientific Instruments), vol. 14, no. 7, Jul
1981, pp. 870-3.
[Coy-92] W.G. McCoy.
"Design of a superregenerative receiver for solar powered
applications", IEEE Transactions on Consumer Electronics,
vol. 38, no. 4, Nov. 1992, pp. 869-873.
[Cre-94] Z. McCreesh and
N.E. Evans. "Radio telemetry of vaginal temperature".
16^{th} IEEE EMBS Conf., Baltimore MD, November
1994, pp 904-905.
[Lee-96] D.M.W.
Leenaerts. "Chaotic Behaviour in Super Regenerative
Detectors", IEEE Transactions on Circuits and
Systems-l: Fundamental Theory and Applications,
vol. 43, no. 3, Mar. 1996, pp. 169-176.
[Jam-97] A. Jamet. "A
10 GHz Super-Regenerative Receiver". VHF
Communications, vol. 29, iss. 1, p. 2-12, U.K.,
KM Publications, 1997.
[Fav-98] P. Favre, N.
Joehl, A. Vouilloz, P. Deval, C.
Dehollain and M.J. Declercq. "A 2-V
600-\muA 1-GHz BiCMOS
Super-Regenerative Receiver for ISM
Applications". IEEE Journal of Solid-State
Circuits, vol. 33, no. 12, December 1998, pp.
2186-2196.
[Esp-99] M.C.
España-Boquera and A. Puerta-Notario:
"Bit-error rate and frequency response in
superregenerative semiconductor laser receivers". Optics
Letters, Vol. 24, No. 3, February 1999.
[Buc-00] N.B. Buchanan,
V.F. Fusco and J.A.C. Steward, "A KA band MMIC
super-regenerative detector". IEEE Int.
Microwave Symposium MTT-S Digest, vol. 3, pp.
1585-1588, 2000.
[Mon-00] F.X. Moncunill,
O. Mas and P. Palá. "A
Direct-Sequence Spread-Spectrum
Super-Regenerative Receiver". Proceedings of
the 2000 IEEE International Symposium on Circuits and Systems
(ISCAS'00), May 2000, Geneva, vol. 1, pp.
68-71.
[Vou-01 ] A. Vouilloz, M.
Declerq and C. Dehollain: "A
Low-Power CMOS Super-Regenerative
Receiver at 1 GHz". IEEE Journal of
Solid-State Circuits, vol. 36, no. 3, pp.
440-451, March 2001.
[Mon-01 ] F.X.
Moncunill-Geniz, O. Mas-Casals and P.
Palá-Schónwálder. "A Comparative Analysis of
Direct-Sequence Spread-Spectrum
Super-Regenerative Architectures". Proceedings
of the 2001 IEEE International Symposium on Circuits and Systems
(ISCAS'01), May 2001, Sydney, vol. IV, pp.
120-123.
\newpage
[Joe-01] N. Joehl, C.
Dehollain, P. Favre, P. Deval and M.
Declercq: "A Low-Power
1-GHz Super-Regenerative Transceiver
with Time-Shared PLL Control". IEEE Journal
of Solid-State Circuits, vol. 36, no. 7, pp.
1025-1031, July 2001.
[Mon-02] F.X.
Moncunill-Geniz, O. Mas-Casals and P.
Palá-Schönwälder. "Demodulation Capabilities of a DSSS
Super-Regenerative Receiver". Second Online
Symposium for Electronics Engineers (OSEE),
http://www.techonline. com/community, Techonline, Feb.
2002.
La presente invención consiste en un receptor
superregenerativo de espectro ensanchado por secuencia directa que
incorpora un sistema de control de extinción que permite efectuar
las operaciones de adquisición y seguimiento de código
pseudoaleatorio, necesarias para la detección de los datos de la
señal de espectro ensanchado.
Uno de los principales inconvenientes del
receptor superrregenerativo, tradicionalmente utilizado como
receptor de señales de banda estrecha, es su baja selectividad. Sin
embargo, la presente invención aprovecha esta propiedad y la
naturaleza pulsante del receptor para efectuar la detección de
señales de espectro ensanchado por secuencia directa.
Es conocido que el receptor superregenerativo
presenta unos intervalos de sensibilidad, de duración notablemente
más corta que el período de extinción, a través de los cuales
efectúa un muestreo de la amplitud de la señal de radiofrecuencia
aplicada a su entrada. El receptor superregenerativo de banda
estrecha, en concreto, se caracteriza por efectuar un muestreo de la
señal de entrada de forma asíncrona. En la presente invención, por
el contrario, se efectúa dicho muestreo de forma síncrona, de
manera que el receptor toma una muestra de cada pulso de chip de la
señal de espectro ensanchado recibida. El sistema de control de
extinción que incorpora el receptor objeto de la presente invención
permite adquirir y mantener el sincronismo adecuado.
La presente invención se distingue de los
receptores presentados recientemente por los propios autores por el
hecho de incorporar el sistema de sincronización, sin el cual el
receptor es incapaz de operar de forma autónoma. El receptor
resultante se caracteriza por su gran simplicidad, permitiendo
conjugar las características propias del receptor superregenerativo
con las ventajas de las técnicas de espectro ensanchado.
La presente invención consta de las siguientes
partes esenciales: un preamplificador de bajo ruido (2), un
oscilador superregenerativo (3), un detector de envolvente (4), un
generador de extinción (5) con control de frecuencia (30), un
generador de código PN (6), un multiplicador de código PN (7), un
filtro integrador (8), un decisor de datos (9), un detector de valor
absoluto (10), un activador de seguimiento (11) y un filtro de lazo
(12). Dependiendo de la variante del receptor utilizada, puede que
alguna de estas partes esté duplicada u omitida.
La función del amplificador de bajo ruido (2) es
efectuar una adaptación entre la antena (1) y el oscilador
superregenerativo (3), así como evitar la radiación de este último
a través de la antena (1).
El oscilador superregenerativo (3) actúa como
amplificador principal, efectuando además un filtrado pasobanda de
la señal de radiofrecuencia recibida. En condiciones normales de
funcionamiento, el pulso de chip recibido (20), preferentemente de
los de tipo "de retorno a cero", debe coincidir con los
intervalos de sensibilidad (21) del oscilador superregenerativo (3).
De esta forma, la salida del oscilador superregenerativo está
compuesta por un tren de pulsos de radiofrecuencia cuya amplitud y
fase queda determinada por las características de los pulsos de
chip presentes en la entrada. La amplitud de cada muestra depende
de la correlación cruzada entre la envolvente del pulso muestreado
(20) y la curva de sensibilidad del oscilador (21). Preferentemente,
la señal de entrada es una modulación digital de amplitud, aunque
también pueden utilizarse otros tipos de señales como, por ejemplo,
modulaciones de frecuencia.
La función del detector de envolvente (4) es
pasar la señal de radiofrecuencia proporcionada por el oscilador
superregenerativo a banda base.
El generador de extinción (5) es un oscilador
con control de frecuencia (30) que provoca la aparición y
desaparición de oscilaciones en el oscilador superregenerativo,
haciendo que los intervalos de sensibilidad (21) coincidan con los
pulsos de chip (20).
El generador de código PN (6) genera una
secuencia pseudoaleatoria que debe ser igual a la utilizada en
transmisión para generar la señal de espectro ensanchado. Este
generador utiliza como reloj la señal proporcionada por el
generador de extinción (5), de manera que el periodo de chip local
coincide con el periodo de extinción.
El multiplicador (7) efectúa el producto del
código PN generado con las muestras de los pulsos de chip
recibidos. Juntamente con el filtro integrador (8) efectúa una
correlación de la señal recibida con el código PN generado
localmente.
El filtro integrador (8) efectúa una integración
en cada período de bit de la señal proporcionada por el
multiplicador (7). De esta forma, si el código PN local es igual al
código PN de la señal recibida y se encuentra debidamente
sincronizado, la integración da como resultado un pico de
correlación al final del intervalo de integración. Si por el
contrario el sincronismo no es correcto o los códigos son
ortogonales, la salida del filtro presenta valores muy pequeños en
comparación con los picos de correlación mencionados. Eventualmente,
el filtro integrador (8) puede incorporar un circuito de muestreo y
retención para convertir los picos de correlación en pulsos
rectangulares.
La función del decisor de datos (9) es obtener
el valor de bit mediante la comparación de los picos de correlación
proporcionados por el filtro (8), que pueden tomar valores
positivos o negativos dependiendo del valor de bit
correspondiente.
El detector de valor absoluto (10) proporciona
información de la correlación existente entre el código PN de la
señal recibida y el código local generado, independientemente de
los datos.
El activador de seguimiento (11) se utiliza en
la fase de adquisición. En esta fase, el activador (11) mantiene el
lazo de control abierto, con lo cual la frecuencia de chip local y
la de la señal recibida son ligeramente distintas. Ello provoca que
el código local se vaya adelantando o retrasando progresivamente
con respecto a la señal recibida. En el momento en que ambos
códigos están convenientemente alineados, la salida del detector de
valor absoluto (10) alcanza el valor máximo.
Cuando este valor aparece, el activador de
seguimiento (11) cierra el lazo que controla al generador de
extinción (5), iniciando la fase de seguimiento.
La Figura 1 muestra la realización más simple de
la presente invención. En este receptor, los intervalos de
sensibilidad del oscilador superregenerativo (21) se centran
durante la fase de seguimiento en el flanco ascendente o descendente
de los pulsos de chip recibidos (20). De esta manera, la señal
proporcionada por el detector de valor absoluto (10) constituye una
señal de error, que crece o decrece según lo hace la fase del
oscilador de extinción (5) con respecto a la señal recibida. El
filtro de lazo (12) promedia la señal obtenida a lo largo de
periodos de bit sucesivos y modifica la frecuencia del oscilador de
extinción para corregir el error de fase.
En una realización alternativa, mostrada en la
Figura 4, se utiliza extinción periódica alternativamente avanzada
(31) y retardada (32), con el objetivo de utilizar los flancos
ascendente y descendente de los pulsos de chip recibidos (20) para
generar la señal de control (30). Ello requiere la aplicación de
extinción avanzada (31) y retardada (32), que provoca la aparición
de intervalos de sensibilidad alternativamente adelantados (21) y
retardados (23). El generador de dither (13) proporciona una
señal de baja frecuencia que controla la aplicación de extinción
avanzada (31) y retardada (32) mediante un conmutador (15) y, en
función de aquella y mediante un segundo multiplicador (14), asigna
a la señal de entrada del filtro de lazo (12) un signo positivo o
negativo.
En otra realización alternativa, mostrada en la
Figura 5, se utiliza extinción periódica simultáneamente avanzada
(31) y retardada (32), con el objetivo de utilizar los flancos
ascendente y descendente de los pulsos de chip recibidos (20) para
generar la señal de control (30). Ello requiere la utilización de
dos osciladores superregenerativos (3) con los correspondientes
preamplificadores (2), detectores de envolvente (4),
multiplicadores (7), filtros (8) y detectores de valor absoluto
(10). A uno de los osciladores superregenerativos se le aplica
extinción avanzada (31) y al otro retardada (32), por lo que, en
cada periodo de extinción se genera un periodo de sensibilidad
avanzado (21) y otro retardado (23). Eventualmente los
multiplicadores utilizan versiones adelantadas (34) y retardadas
(35) del código PN. Las señales procedentes de los detectores de
valor absoluto (10) se restan (16) para generar, a través del filtro
de lazo (12), la señal de control (30) del oscilador de extinción
(5). Una variante de esta realización, mostrada en la Figura 6,
consiste en la utilización de un único oscilador superregenerativo
(3) cuya frecuencia de extinción es doble de la frecuencia de chip.
Para ello se intercala un divisor de frecuencia (17) entre el
generador de extinción (5) y el generador de código PN (6). En este
caso, la señal proporcionada por el único detector de envolvente (4)
se distribuye de forma alternativa y a la frecuencia de extinción
(18) a cada uno de los detectores de valor absoluto (10).
En cualquiera de las realizaciones anteriores,
se puede suprimir el multiplicador de código PN (7) y reemplazar el
generador de extinción periódica (5) por uno de extinción
pseudoaleatoria (19). Este se caracteriza porque aplica o suprime
un ciclo de extinción en función del valor de chip que presente el
generador de código PN (6). En este caso, el receptor muestrea la
señal de entrada de acuerdo con el código pseudoaleatorio,
efectuando una correlación entre este último y aquella. La Figura 7
muestra el resultado de aplicar esta modificación al receptor de
la
Figura 1.
Figura 1.
La Figura 1 muestra el diagrama de bloques del
receptor superregenerativo de espectro ensanchado objeto de la
presente invención, que utiliza extinción periódica avanzada o
retardada. Este receptor utiliza un único flanco del pulso de chip
recibido para llevar a cabo la sincronización.
La Figura 2 muestra la envolvente de un pulso de
chip (20) y la correspondiente ubicación temporal de la curva de
sensibilidad (21) y la envolvente de la señal generada (22) en el
oscilador superregenerativo, para el caso en el que el receptor
utiliza un único flanco del pulso de chip para la sincronización.
Todas las curvas representadas están normalizadas a la unidad.
La Figura 3 muestra la envolvente de un pulso de
chip (20) y la correspondiente ubicación temporal de las curvas de
sensibilidad avanzadas (21) y retardadas (23), así como las
correspondientes envolventes (22) (24) de la señal generada en el
oscilador superregenerativo para el caso de las realizaciones
alternativas que utilizan los dos flancos de chip para la
sincronización. Todas las curvas representadas están normalizadas a
la unidad.
La Figura 4 muestra el diagrama de bloques de la
realización alternativa del receptor que utiliza extinción
periódica alternativamente avanzada y retardada. El receptor
utiliza los dos flancos del pulso de chip recibido para llevar a
cabo la sincronización.
La Figura 5 muestra el diagrama de bloques de la
realización alternativa del receptor que utiliza extinción
periódica simultáneamente avanzada y retardada. El receptor utiliza
los dos flancos del pulso de chip recibido para llevar a cabo la
sincronización.
La Figura 6 muestra el diagrama de bloques de la
realización alternativa del receptor que utiliza extinción
periódica simultáneamente avanzada y retardada con un único
oscilador superregenerativo cuya frecuencia de extinción es doble
de la frecuencia de chip. El receptor utiliza los dos flancos del
pulso de chip recibido para llevar a cabo la sincronización.
La Figura 7 muestra el diagrama de bloques de la
realización alternativa del receptor representado en la Figura 1,
en donde se ha suprimido el multiplicador de código PN y se ha
sustituido la extinción periódica por extinción de tipo
pseudoaleatorio.
La Figura 8 muestra los detalles de la
realización preferida.
La realización preferida se basa en la
configuración que utiliza el sistema de sincronización con
extinción periódica avanzada o retardada, mostrada en la Figura 1,
por las buenas prestaciones que ofrece en comparación con su notable
simplicidad. La utilización de secuencias PN de longitud máxima
permite, gracias a la buena autocorrelación de este tipo de
secuencias, suprimir el activador de seguimiento (11), lográndose
una arquitectura aún más sencilla.
La Figura 8 muestra el detalle de una
realización de la configuración preferida. En ella se aprecian la
parte de radiofrecuencia, con la entrada de señal (47), el
preamplificador (2), el oscilador superregenerativo (3) y el
detector de envolvente (4). La frecuencia de oscilación del
oscilador superregenerativo (3) está estabilizada mediante un
resonador coaxial (40) que opera como circuito selectivo en
frecuencia, formando parte del lazo de retroalimentación del
amplificador (43) del oscilador superregenerativo (3). Se utiliza un
doble divisor capacitivo (41) para adaptar las impedancias de
entrada y de salida de los amplificadores a la impedancia del
resonador coaxial (40). La relación de adaptación permite fijar el
factor de calidad del conjunto según las necesidades. También se
incorpora una capacidad ajustable (49) que permite sintonizar la
frecuencia de recepción. La línea de retardo (42) introduce el
desfase necesario para conseguir el total de 360° al cerrar el lazo.
La ganancia del amplificador (43) se modifica mediante la señal
(44) procedente del VCO de extinción (5), provocando la aparición y
la extinción de las oscilaciones de radiofrecuencia.
Para la generación del código PN (45) se utiliza
un registro de desplazamiento retroalimentado mediante un detector
de paridad. Un conjunto de interruptores permite seleccionar el
flip-flop cuya salida interviene en la
retroalimentación, determinando de esta forma la longitud y las
características de la secuencia generada. Mediante un conjunto de
puertas lógicas se genera un pulso indicador de fin de secuencia
(33).
La Figura 8 muestra también el esquema del
multiplicador (7) de código PN (45). Se trata de una etapa
conmutada basada en un amplificador operacional que multiplica por
1 ó -1 dependiendo del valor que toma el código PN (45). A
continuación se utiliza un filtro integrador inversor (8), también
implementado con un amplificador operacional, que se inicializa al
final de cada periodo de bit, o lo que es lo mismo, cada vez que se
completa la secuencia PN (33). El filtro incorpora a la salida un
circuito de muestreo y retención (46), y a continuación se conecta
la etapa detectora de valor absoluto (10), basada en amplificadores
operacionales y diodos. La señal de salida (48) del circuito de
muestreo y retención (46) se utiliza para recuperar los datos. Como
filtro de lazo se utiliza un filtro pasobajo de tipo RC de primer
orden (12), aunque este puede substituirse por filtros más
complejos con el fin de mejorar la capacidad de sincronización.
El receptor descrito como realización preferida
se caracteriza por una notable simplicidad, buena capacidad de
sincronización y un amplio margen dinámico a la entrada.
Concretamente, permite obtener probabilidades de falsa
sincronización inferiores al uno por ciento y márgenes dinámicos de
entrada del orden de los 60 dB. Por otro lado, la utilización de
pulsos de chip adaptados a la curva de sensibilidad del receptor
mejora las prestaciones del receptor, pudiéndose lograr niveles de
sensibilidad inferiores a -100 dBm a velocidades de transmisión
medias y bajas. La utilización de estos pulsos supone una clara
mejora con respecto a los clásicos receptores superregenerativos de
banda estrecha, permitiendo alcanzar también mayor rechazo de
interferencias. A diferencia de lo que sucede con estos últimos, el
receptor de espectro ensanchado no presenta limitaciones a causa de
su baja selectividad. El receptor descrito es compatible con
técnicas de multiplexación por división de código (CDMA) y puede
operar en cualquiera de las bandas ISM.
Claims (7)
1. Receptor superregenerativo de espectro
ensanchado por secuencia directa con sistema de sincronización y
extinción síncrona, consistente en un receptor superregenerativo de
espectro ensanchado por secuencia directa que comprende como mínimo
un preamplificador de bajo ruido, un oscilador superregenerativo, un
detector de envolvente, un generador de extinción con control de
frecuencia, un generador de código PN, un filtro integrador y un
decisor de datos, y un sistema de sincronización con control del
generador de extinción que comprende como mínimo un detector de
valor absoluto, un activador de seguimiento y un filtro de lazo,
caracterizado por el hecho de
que,
que,
- a)
- el generador de extinción con control de frecuencia provoca la aparición y desaparición de la oscilación de radiofrecuencia en el oscilador superregenerativo, está controlado por el filtro de lazo y actúa de forma simultánea y directa como fuente de reloj del generador de código PN, siendo la frecuencia del generador de extinción igual a la frecuencia de chip del código PN generado,
- b)
- el oscilador superregenerativo actúa como detector de fase de chip, siendo utilizado por el sistema de sincronización para generar una señal de control de la frecuencia del generador de extinción capaz de efectuar la adquisición y el seguimiento de código PN de la señal de entrada, así como la detección de los datos,
- c)
- durante la fase de seguimiento el generador de extinción con control de frecuencia opera síncronamente con los pulsos de chip recibidos, siendo la frecuencia del generador de extinción igual a la frecuencia de los pulsos de chip recibidos,
- d)
- la sensibilidad del receptor con respecto a la señal de entrada es óptima cuando la envolvente de los pulsos de chip recibidos está adaptada a la curva de sensibilidad del oscilador superregenerativo,
- e)
- la inmunidad del receptor frente a ruido e interferencias es óptima cuando la envolvente de los pulsos de chip recibidos está adaptada a la curva de sensibilidad del oscilador superregenerativo,
- f)
- el ancho de banda de recepción es igual al ancho de banda de la señal recibida cuando la envolvente de los pulsos de chip recibidos está adaptada a la curva de sensibilidad del oscilador superregenerativo.
2. Receptor según la reivindicación 1,
caracterizado por el hecho de que durante la fase de
seguimiento el oscilador superregenerativo muestrea el flanco
ascendente de los pulsos de chip recibidos.
3. Receptor según la reivindicación 1,
caracterizado por el hecho de que durante la fase de
seguimiento el oscilador superregenerativo muestrea el flanco
descendente de los pulsos de chip recibidos.
4. Receptor según la reivindicación 1,
caracterizado por el hecho de que,
- a)
- el sistema de sincronización incluye un generador de dither y un multiplicador de dither,
- b)
- el generador de dither controla la aplicación de extinción adelantada y extinción retardada al oscilador superregenerativo de forma alternativa y a través del multiplicador de dither asigna a la señal de entrada del filtro de lazo un signo determinado cuando la extinción aplicada es adelantada, y el signo opuesto cuando la extinción aplicada es retardada,
- c)
- durante la fase de seguimiento el oscilador superregenerativo muestrea el flanco ascendente de los pulsos de chip recibidos cuando la extinción aplicada es adelantada y muestrea el flanco descendente de los pulsos de chip recibidos cuando la extinción aplicada es retardada.
5. Receptor según la reivindicación 1,
caracterizado por el hecho de que,
- a)
- el receptor superregenerativo utiliza dos caminos paralelos en el tratamiento de la señal recibida, de forma que el primer camino utiliza un oscilador superregenerativo con extinción avanzada y el segundo camino utiliza un oscilador superregenerativo con extinción retardada,
- b)
- la señal de entrada del filtro de lazo se obtiene por diferencia entre la señal proporcionada por el camino que utiliza el oscilador superregenerativo con extinción avanzada y la señal proporcionada por el camino que utiliza el oscilador superregenerativo con extinción retardada,
- c)
- durante la fase de seguimiento el oscilador superregenerativo con extinción avanzada muestrea el flanco ascendente de los pulsos de chip recibidos y el oscilador superregenerativo con extinción retardada muestrea el flanco descendente de los pulsos de chip recibidos.
\newpage
6. Receptor según la reivindicación 1,
caracterizado por el hecho de que la señal de extinción
aplicada al oscilador superregenerativo es periódica y el receptor
superregenerativo incorpora como mínimo un multiplicador de código
PN para efectuar la correlación de código PN.
7. Receptor según la reivindicación 1,
caracterizado por el hecho de que la señal de extinción
aplicada al oscilador superregenerativo es pseudoaleatoria, de modo
que genera un ciclo de extinción del oscilador superregenerativo
cuando el código PN local toma uno de los dos valores lógicos
posibles y no genera ningún ciclo de extinción del oscilador
superregenerativo cuando el código PN local toma el valor lógico
opuesto.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| ES200201674A ES2212892B2 (es) | 2002-07-05 | 2002-07-05 | Receptor superregenerativo de espectro ensanchado por secuencia directa con sistema de sincronizacion. |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| ES200201674A ES2212892B2 (es) | 2002-07-05 | 2002-07-05 | Receptor superregenerativo de espectro ensanchado por secuencia directa con sistema de sincronizacion. |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| ES2212892A1 ES2212892A1 (es) | 2004-08-01 |
| ES2212892B2 true ES2212892B2 (es) | 2007-05-16 |
Family
ID=33041223
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| ES200201674A Expired - Fee Related ES2212892B2 (es) | 2002-07-05 | 2002-07-05 | Receptor superregenerativo de espectro ensanchado por secuencia directa con sistema de sincronizacion. |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| ES (1) | ES2212892B2 (es) |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2561232B2 (ja) * | 1992-08-31 | 1996-12-04 | 双葉電子工業株式会社 | スぺクトラム拡散受信装置及びこの装置を用いたスぺクトラム拡散送受信装置 |
| JPH10290123A (ja) * | 1997-04-14 | 1998-10-27 | Omron Corp | 超再生検波装置およびそれを用いたシステム |
| JP2000022450A (ja) * | 1998-06-30 | 2000-01-21 | Omron Corp | 信号受信装置および方法、送受信装置、並びにネットワークシステム |
| JP2000278179A (ja) * | 1999-03-24 | 2000-10-06 | Seiko Epson Corp | 通信システムにおける受信データ復調方法及び無線通信装置並びに通信システムにおける受信データ復調処理プログラムを記録した記録媒体 |
-
2002
- 2002-07-05 ES ES200201674A patent/ES2212892B2/es not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| ES2212892A1 (es) | 2004-08-01 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US11876553B2 (en) | Energy efficient ultra-wideband impulse radio systems and methods | |
| US7215936B2 (en) | Super-regenerative receiver including phase-locked loop | |
| CN109547052B (zh) | 一种用于通信和测距的超宽带调频复合型收发机 | |
| Bae et al. | A 45$\mu $ W Injection-Locked FSK Wake-Up Receiver With Frequency-to-Envelope Conversion for Crystal-Less Wireless Body Area Network | |
| Ali et al. | One Mbps 1 nJ/b 3.5–4 GHz fully integrated FM-UWB transmitter for WBAN applications | |
| Sayilir et al. | A–90 dBm sensitivity wireless transceiver using VCO-PA-LNA-switch-modulator co-design for low power insect-based wireless sensor networks | |
| Liu et al. | A medradio-band low-energy-per-bit CMOS OOK transceiver for implantable medical devices | |
| Soltani et al. | 0.13 μm CMOS 230Mbps 21pJ/b UWB-IR transmitter with 21.3% efficiency | |
| ES2212892B2 (es) | Receptor superregenerativo de espectro ensanchado por secuencia directa con sistema de sincronizacion. | |
| Chen et al. | A 2.4 GHz reference-less receiver for 1 Mbps QPSK demodulation | |
| ES2257923B1 (es) | Receptor superregenerativo sincrono de altas prestaciones. | |
| CN114826844B (zh) | 一种非对称脉冲超宽带发射机系统 | |
| Kim et al. | A 0.3 nJ/bit super-regenerative pulse UWB receiver with track and detection | |
| ES2352127B2 (es) | Receptor superregenerativo para modulaciones binarias de fase. | |
| Moradi et al. | A 0.084 nJ/b FSK transmitter and 4.8 μW OOK receiver for ISM-band medical sensor networks | |
| ES2401272B2 (es) | Receptor superregenerativo para modulaciones de fase | |
| ES2554992B2 (es) | Procedimiento y circuito para la desmodulación de señales moduladas en frecuencia | |
| Anis et al. | Low power UWB pulse radio transceiver front-end | |
| Majidzadeh et al. | An 8-PPM, 45 pJ/bit UWB transmitter with reduced number of PA elements | |
| Wu | Single-chip dynamically time-frequency multiplexed phase-and self-injection-locked CMOS vital-sign sensor | |
| Shrivastava et al. | A 50nW, 100kbps clock/data recovery circuit in an FSK RF receiver on a body sensor node | |
| Carlowitz et al. | Miniaturized regenerative backscatter transponder with bidirectional communication | |
| Abdelhamid | Ultra low power, high sensitivity secure wake-up receiver for the Internet of Things | |
| Lee et al. | A 15 mW 69 dB 2 Gsamples/s CMOS analog front-end for low-band UWB applications | |
| Moncunill-Geniz et al. | A DSSS superregenerative receiver with tau-dither loop |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| EC2A | Search report published |
Date of ref document: 20040801 Kind code of ref document: A1 |
|
| FD2A | Announcement of lapse in spain |
Effective date: 20220727 |