ES2554992B2 - Procedimiento y circuito para la desmodulación de señales moduladas en frecuencia - Google Patents
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- H03D—DEMODULATION OR TRANSFERENCE OF MODULATION FROM ONE CARRIER TO ANOTHER
- H03D11/00—Super-regenerative demodulator circuits
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Abstract
Procedimiento y circuito para la desmodulación de señales moduladas en frecuencia.#Consiste en un receptor superregenerativo que permite la detección de modulaciones de frecuencia de banda estrecha cuyo núcleo es un oscilador superregenerativo que observa la fase de la señal recibida y genera pulsos de radiofrecuencia cuyas fases, observadas por un circuito conectado a la salida, reproducen los valores de fase de la entrada. La señal recibida produce trayectorias de fase distintas a partir de las cuales es posible descodificar los datos transmitidos. La presente invención consta de las siguientes partes esenciales: un sistema (1) con una entrada correspondiente a la señal modulada en frecuencia (2) y una señal de salida demodulada (3). Sobre el sistema (1) actúa una señal de extinción (4) que actúa sobre el oscilador superregenerativo (10). Sobre el sistema (1) actúa asimismo una señal digital (5) que actúa sobre el bloque decisor (6).
Description
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DESCRIPCION
Procedimiento y circuito para la desmodulacion de senales moduladas en frecuencia.
Sector de la teenies
La presente invention esta relacionada, en general, con los sistemas de transmision de datos por radiofrecuencia. Mas concretamente, la invencion se refiere a la utilization de un oscilador superregenerativo en el terminal receptor para la detection de modulaciones digitales de frecuencia (FSK) de banda estrecha, incluyendo el caso de la modulation MSK.
Los osciladores superregenerativos se utilizan en receptores de radio de corto alcance gracias a su gran sencillez, bajo coste y reducido consumo de potencia. Algunos ejemplos de aplicacion son: sistemas de control remoto, sistemas de telemetrla de corta distancia y sistemas de transmision de voz. Habitualmente, los fabricantes de este tipo de receptores persiguen en sus disenos la obtencion de un consumo de potencia muy reducido asl como la fabrication masiva a un bajo coste unitario.
Por otro lado, existe una creciente utilizacion de radioenlaces de datos de corto alcance, como parte de redes de area local inalambricas, sistemas de comunicacion personal y redes inalambricas de sensores, que requieren el uso de dispositivo portatiles de coste, tamano, peso y consumo reducidos. Los estandares que regulan este tipo de comunicaciones utilizan frecuentemente las bandas de radiofrecuencia conocidas como ISM (industrial, scientific and medical) en las que es posible transmitir sin necesidad de licencia. Las modulaciones de frecuencia son de amplia utilizacion en estos tipos de sistemas.
La presente invencion se caracteriza porque permite aprovechar las caracterlsticas propias de los osciladores superregenerativos, en terminos de coste y consumo de potencia, aplicadas a las comunicaciones que utilizan modulacion de frecuencia.
Estado de la teenies
Determinados sistemas de comunicacion utilizan modulaciones de frecuencia por diversas razones, entre las que figura la potencial simplicidad tanto en transmision como en reception. Por otro lado, determinados sistemas de comunicacion utilizan modulaciones cuaternarias de fase desplazadas (OQPSK) con un pulso conformador cuya forma es medio ciclo de seno, que pueden ser interpretadas como una forma particular de modulacion de frecuencia (Minimum Shift Keying o MSK) con una codification de datos determinada, siendo el estandar 802.15.4 un ejemplo notable.
Entre los receptores mas simples conocidos estan los de tipo superregenerativo. Estos se han utilizado tradicionalmente para la recepcion de senales moduladas en amplitud (AM), por la simplicidad asociada a la generation y recepcion de este tipo de senales. Recientemente tambien se ha descrito la aplicacion del principio superregenerativo a modulaciones de fase. Las estructuras superregenerativas descritas hasta la fecha para modulaciones de frecuencia estan basadas en el principio de conversion de FM a AM, propio de todo circuito selectivo en frecuencia, como lo es tambien el oscilador superregenerativo. Segun este principio, senales de diferentes frecuencias provocaran amplitudes distintas. No obstante, para que este principio sea aplicable en presencia de ruido, es necesario que las variaciones de amplitud sean significativas. Esto requiere circuitos con fuertes cambios de amplitud en funcion de la frecuencia, es decir, filtros muy selectivos. Incluso con el efecto de incremento de la selectividad (Quality Factor Enhancement) propio de un oscilador superregenerativo, en la practica no se consiguen selectividades suficientes. Por esta razon las estructuras superregenerativas para FM descritas hasta la fecha solamente son aplicables si las separaciones de frecuencia son elevadas, siendo, por ejemplo, inaplicables tanto al caso MSK, que presenta una desviacion de frecuencia igual a la mitad de la frecuencia de slmbolo como a
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la que se conoce como FSK de Sunde, cuya desviacion de frecuencia es igual a la frecuencia de simbolo.
El oscilador superregenerativo fue presentado por Armstrong en 1922 [Arm-22] como parte de un receptor y, desde entonces, ha sido utilizado en aplicaciones diversas. Durante la decada de 1930 fue ampliamente usado por radioaficionados como un receptor de onda corta economico. Diversos sistemas de tipo ’’walkie-talkie” se basaron en este receptor por su reducido peso y coste. En la Segunda Guerra Mundial se utilizo como baliza para la identificacion radar de barcos y aeronaves [Whi-50]. A medida que el transistor empezo a reemplazar al tubo de vado, el receptor superregenerativo quedo relegado a aplicaciones muy espedficas. Sirvan como ejemplo: radares ligeros [Mil-68] [Str-71], espectroscopia de resonancia nuclear [Bat-76] [Sub-81], receptores alimentados por energia solar [Coy-92] e instrumentacion medica [Cre-94]. El principio de operacion del receptor superregenerativo se ha implementado tambien con exito en el campo de los amplificadores opticos laser [Der-71] [Esp-99]. Posteriormente, el receptor superregenerativo ha sido extendido para la deteccion de senales de espectro ensanchado por secuencia directa [Mon-05a] [Mon-05b], se han presentado realizaciones para comunicaciones de banda ultra ancha (UWB) [Ani-08], se ha aprovechado el principio superregenerativo para la amplificacion en banda base y la realizacion de mezcladores [Pal-09b] y se ha descrito su utilizacion para la deteccion de senales moduladas en fase [Pal-09a] [Pal-14].
Actualmente, las principales aplicaciones del receptor superregenerativo se encuentran en los enlaces de radio de corto alcance en donde el bajo coste y un consumo de potencia reducido son factores determinantes. Entre dichas aplicaciones destacan: sistemas de control remoto (puertas automaticas, alarmas de automovil, robots, modelismo, etc.), sistemas de telemetha de corta distancia, telefonos portatiles y similares.
Diversas innovaciones tecnologicas han ido apareciendo a lo largo del tiempo con el objetivo de mejorar las prestaciones del receptor superregenerativo. Se presenta a continuacion una lista de algunas patentes aparecidas en las ultimas decadas:
- Numero de patente
- Autor Fecha
- US Pat.
- No. 3883809 Ver Planck et al. 13 de Mayo de 1975
- US Pat.
- No. 4143324 Davis 6 de Marzo de 1979
- US Pat.
- No. 4307465 Geller 22 de Diciembre de 1981
- US Pat.
- No. 4393514 Minakuchi 12 de Julio de 1983
- US Pat.
- No. 4455682 Masters 19 de Junio de 1984
- US Pat.
- No. 4749964 Ash 7 de Junio de 1988
- US Pat.
- No. 4786903 Grindahl et al. 22 de Noviembre de 1988
- US Pat.
- No. 5029271 Meierdierck 2 de Julio de 1991
- US Pat.
- No. 5630216 McEwan 13 de Mayo de 1997
- US Pat.
- No. 20020168957A1 Mapes 14 de Noviembre de 2002
- WO Pat. No
- . 03009482A1 Leibman 30 de Enero de 2003
- WO Pat. No
- .2005031994 Lourens 7 de Abril de 2004
- US Pat. No.
- 6,904,101 B1 Tang 7 de Junio de 2005
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- UK Pat. No. 2433365-A
- Kim 6 de Diciembre de 2006
- EP Pat. No. 1830474A1
- Pelissier et al. 5 de Septiembre de 2007
- US Pat. No. 7590401B1
- Frazier 15 de Septiembre de 2009
- US Pat. No. 7590401B1
- Frazier 15 de Septiembre de 2009
- ES Pat. Num. 2352127
- Pala y otros 29 de Junio de 2011
- ES Pat. Num. 2401272
- Pala 28 de Julio de 2011
La patente de Ver Planck et al. se titula “Superregenerative Mixers and Amplifiers” y describe un receptor superregenerativo que incluye un diodo tunel. El diodo tunel se utiliza para amplificar la senal de radiofrecuencia y para mezclarla con la oscilacion local, proporcionando una salida de frecuencia intermedia. La oscilacion local es un armonico de la frecuencia de extincion aplicada al diodo tunel.
La patente de Davis se titula “Transistorized Superregenerative Radio Frequency Detector” e ilustra un detector superregenerativo de radiofrecuencia transistorizado de autoextincion, que utiliza una frecuencia de extincion mucho mas alta que los receptores superregenerativos convencionales.
La patente de Geller se titula “Digital Communications Receiver” y describe un receptor de senales de radiofrecuencia moduladas en amplitud binarias. El detector superregenerativo proporciona una senal que, mediante una tension constante de referencia y un comparador, genera una tension de salida digital.
La patente de Minakuchi et al. se titula “Superregenerative Receiver” y describe un receptor superregenerativo que incluye un oscilador de extincion que permite convertir la senal recibida en una senal de baja frecuencia. El oscilador de extincion incluye un transistor, un circuito de retroalimentacion positiva y un circuito RC.
La patente de Masters se titula “Superregenerative Radio Receiver” e ilustra un receptor superregenerativo 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 senales 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 unico transistor con un dispositivo de onda acustica superficial en el lazo de retroalimentacion, estabilizando asl la frecuencia de oscilacion.
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 logico. Utiliza como dispositivo selectivo en frecuencia una seccion de microstrip cortocircuitada de media longitud de onda.
La patente de Meierdierck se titula “Superregenerative Detector” y describe un receptor superregenerativo mejorado que incluye un amplificador operacional y una senal de referencia que actuan 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 adaptation del receptor superregenerativo en que el oscilador de extincion es externo al transistor regenerativo. El oscilador de extincion aplica una senal exponencialmente
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decreciente con el fin de conseguir una elevada sensibilidad y utiliza una configuration de alimentation que permite la operation con tensiones de alimentation muy bajas.
La patente de Mapes se titula "Superregenerative Oscillator RF Receiver with Differential Output” y describe un receptor superregenerativo con salida diferencial que mejora el margen de operacion de la senal de salida asl como la sensibilidad, sin que ello perjudique el coste ni en el consumo de corriente del receptor.
La patente de Leibman se titula "Superregenerative Low-Power Receiver” y describe un receptor superregenerativo que incorpora un microprocesador cuya senal de reloj se utiliza para la extincion del receptor.
La patente de Lourens se titula "Q-quenching super-regenerative receiver” y describe un sistema de control del factor de calidad del oscilador superregenerativo que reduce el ruido generado en el receptor y mejora su sensibilidad.
La patente de Tang se titula "Tuneless Narrow-band Super-regenerative Receiver” y describe un receptor cuya frecuencia central se ajusta automaticamente y permite detectar tanto modulaciones ASK como FSK de banda ancha.
La patente de Kim et al. se titula "A super regenerative receiver that uses an oscillating signal which is driven by a current equal to (bias current multiplied by N) + quench current” y describe un receptor que incluye un oscilador superregenerativo con control de polarization segun la salida proporcionada por el oscilador superregenerativo y un circuito de control de anchura de pulso para la reception de una senal de reloj predeterminada.
La patente de Pelissier et al. se titula "Dispositif et procede de reception ultra-large bande utilisant un detecteur a super-regeneration” y describe un dispositivo y el metodo para la recepcion de impulsos de banda ultraancha mediante la utilization de un oscilador superregenerativo. El metodo es compatible con modulaciones de senal impulsivas de amplitud y/o de position.
La patente de Frazier se titula "Super-Regenerative Microwave Detector” y describe un detector de ondas milimetricas basado en un oscilador superregenerativo que usa un diodo tunel resonante en el centro de la banda de recepcion.
La patente de Pala y otros se titula "Receptor superregenerativo para modulaciones binarias de fase” y describe un receptor para modulaciones binarias de fase basado en un oscilador superregenerativo cuya topologla es cambiada en ciertos instantes para dar lugar a respuestas inestables monotonamente crecientes cuyo signo permite extraer la information transmitida.
La patente de Pala se titula "Receptor Superregenerativo para Modulaciones de Fase” y describe un receptor para modulaciones M-arias de fase, basado en un oscilador superregenerativo seguido de un circuito capaz de detectar las diferencia de fase entre pulsos sucesivos.
Recientemente han aparecido diversas publicaciones que presentan nuevos aspectos y realizaciones del receptor superregenerativo. Se presentan a continuacion las mas relevantes.
En [Lee-96] se pone de manifiesto la existencia de comportamientos caoticos 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 tecnologla CMOS de 0.8 pm.
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En [Vou-01] se describe un receptor superregenerativo de bajo consumo a 1 GHz, integrado con tecnologia CMOS de 0.35 pm. Este receptor incluye un control automatico 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.
En [Mon-00], [Mon-01], [Mon-02a], [Mon-02b], [Mon-05a] y [Mon-05b] se describen diversas adaptaciones del receptor superregenerativo para la recepcion de senales de espectro ensanchado por secuencia directa.
En [Her-02] se describe un receptor superregenerativo adaptado para la recepcion de senales moduladas en fase y en frecuencia. El oscilador superregenerativo se implementa mediante un sistema de retroalimentacion que incluye una lmea de retardo.
En [Oti-05] se presenta un transceptor integrado para redes de sensores inalambricas que incorpora un oscilador superregenerativo estabilizado mediante un resonador de onda acustica volumetrica.
En [Wuc-06] se describe la utilization de un oscilador superregenerativo en un sistema radar incoherente de banda ultraancha.
En [Pel-06] se demuestra la viabilidad de los osciladores superregenerativos para la detection de impulsos de banda ultraancha.
En [Aye-07] se describe un transceptor superregenerativo adaptado para la transmision y recepcion de modulaciones binarias de frecuencia, el cual incorpora un oscilador superregenerativo cuya frecuencia de oscilacion se modifica de acuerdo con los datos transmitidos o recibidos, segun sea el caso.
En [Che-07] se presenta un receptor superregenerativo integrado que incorpora un sistema de autocalibracion controlado digitalmente que permite la optimization dinamica de las caractensticas del receptor.
En [Gre-07] se describe un transceptor superregenerativo que opera con ciclos de trabajo muy bajos para reducir el consumo de potencia.
En [Mon-07a] se presenta un receptor superregenerativo que opera smcronamente con los datos recibidos mediante un lazo de sincronizacion, logrando una alta velocidad de transferencia de datos.
En [Ani-08] se presenta un filtro superregenerativo integrado de banda ultraancha con senal de extincion smcrona para receptores de banda ultraancha de baja potencia y velocidad de transferencia de datos media.
En [Pal-09a] se presenta un receptor superregenerativo para modulaciones binarias de fase basado en el muestreo de la senal de un oscilador superregenerativo por un flip-flop de tipo D.
En [Pal-13] se presenta un receptor superregenerativo cuya frecuencia no es constante, con lo que se mitiga notablemente el problema de la re-radiacion en la banda de recepcion.
En [Pal-14] se presenta el principio de funcionamiento de un receptor superregenerativo para modulaciones M-arias de fase y se describen resultados sobre un prototipo en la banda de HF.
Lista de referencias:
[Arm-22] E.H. Armstrong. "Some recent developments of regenerative circuits”. Proc. IRE, vol. 10, pp. 244-260, Aug. 1922.
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[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.
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Descripcion de la invencion
La presente invencion consiste en un procedimiento y su realization en forma de circuito para demodular senales de radiofrecuencia moduladas en frecuencia. Es conocido que un oscilador superregenerativo genera una senal oscilante cuya fase viene determinada por la fase de la senal de radiofrecuencia presente a su entrada durante los intervalos de sensibilidad del mismo.
Asl, el procedimiento para la desmodulacion de senales moduladas en frecuencia esta caracterizado por el hecho de que
a) hace uso de un oscilador superregenerativo gobernado por una senal de extincion,
b) la senal de extincion produce una etapa de estabilidad del oscilador superregenerativo seguida por una etapa de inestabilidad del oscilador superregenerativo,
c) la secuencia formada por la etapa de estabilidad seguida de la etapa de inestabilidad constituye un ciclo de recepcion,
d) el instante en el que el oscilador superregenerativo cambia de estable a inestable determina un intervalo de tiempo a su alrededor que constituye un intervalo de sensibilidad,
e) en cada ciclo de reception, la forma de onda generada por el oscilador superregenerativo es un pulso de radiofrecuencia,
f) la fase de cada pulso de radiofrecuencia depende de la fase de la senal de entrada en el intervalo de sensibilidad que, a su vez, depende de la senal modulada en frecuencia que se pretende demodular,
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En cada ciclo de recepcion, una vez transcurrido un tiempo suficiente para que la senal del oscilador superregenerativo alcance amplitud suficiente, la senal del oscilador
superregenerativo es procesada por un sistema detector caracterizado por el hecho de que
g) en cada ciclo de recepcion, se toman muestras directamente del pulso de radiofrecuencia mencionado, sin mediar transformation de frecuencia alguna,
h) a partir de las muestras obtenidas se obtiene un valor digital de fase que codifica la information de fase de cada pulso de radiofrecuencia generado por el oscilador superregenerativo,
i) el conjunto formado por los valores digitales correspondientes al conjunto de ciclos de recepcion realizados determina una secuencia temporal de valores de fase,
j) la secuencia temporal de valores de fase obtenida esta relacionada con la secuencia de frecuencias existente en la senal modulada en frecuencia que se pretende demodular y permite la decision de los datos.
La presente invention consta de las siguientes partes esenciales esquematizadas en la Figura 1: un sistema (1) que realiza el procedimiento objeto de la presente invencion, el cual permite la detection de modulaciones de frecuencia. El sistema dispone de una senal de entrada (2) y una senal de salida demodulada (3). Sobre el sistema (1) actua una senal de control de extincion (4) que actua sobre el oscilador superregenerativo (10) que genera una senal (11) que mantiene la informacion de fase contenida en la senal de entrada (2) y tiene mayor amplitud. El sistema (1) contiene asimismo un bloque detector (6) que es gobernado por la senal digital (5) y produce la senal de salida (3) con informacion de la fase demodulada. En funcion de la modulacion de frecuencia utilizada, la senal de salida (3) esta compuesta por una o mas llneas correspondientes a uno o mas bits. La senal de entrada (2) puede provenir bien de la senal de radiofrecuencia captada por una antena (7) y posteriormente amplificada por un amplificador de bajo ruido (8), bien de otro circuito o sistema de transmision previo (9). La senal de extincion (4) produce en el oscilador superregenerativo dos etapas diferenciadas de funcionamiento. En la primera etapa el oscilador es estable por lo que las senales existentes en el oscilador superregenerativo se extinguen. En la segunda etapa el oscilador es inestable y genera una forma de onda (11) que conserva la informacion de fase contenida en la senal de entrada.
En la segunda etapa, una vez transcurrido el tiempo suficiente para que la forma de onda (11) alcance amplitud apreciable, la senal digital (5) actua de forma que se toma un numero N de muestras (12) de la senal (11) y se almacenan en una memoria (14). Cada muestra se codifica con un numero determinado de bits, pudiendo ser un bit por muestra o multiples bits por muestra. En la implementation mas eficiente las muestras de los pulsos se toman con un bit de resolucion.
La frecuencia de la senal de reloj (5) es distinta de la frecuencia de la forma de onda (11) del oscilador superregenerativo, y su relacion es tal que, en un ciclo de recepcion se obtiene un numero N de muestras en un numero M de ciclos de la senal (11) y las N muestras contienen informacion, por muestreo o submuestreo, de aproximadamente uno o mas ciclos de la forma de onda (11). Para este objetivo puede utilizarse un numero de muestras mayor o menor que el representado en las Figuras 2a y 2b. Asimismo, la frecuencia de la senal de reloj (5) puede ser sustancialmente inferior a la de la frecuencia de la senal (11). En una implementacion eficiente los instantes en los que se realiza el muestreo estan equiespaciados y el periodo de muestreo es mayor que el de la senal generada por el oscilador superregenerativo.
La Figura 2a muestra cualitativamente la senal de entrada (2) correspondiente a un slmbolo codificado por cierta frecuencia. Esta frecuencia es tal que produce cierta fase en el instante t=0, fase que se reproducira en la forma de onda (11) generada por el oscilador
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superregenerativo. Tambien se representa una senal de reloj (5) que empieza a actuar a partir de un instante de tiempo en el que la senal (11) ha adquirido amplitud suficiente. En la Figura 2a tambien se representan, mediante clrculos, N muestras (12) de la senal (11) codificadas, a modo de ejemplo no limitativo, con un unico bit por muestra. Por motivos de claridad, en la figura se ha omitido etiquetar cada clrculo que corresponde a una de las muestras (12). En la Figura 2a se ha tomado, como ejemplo no limitativo, N=16. La Figura 2b muestra cualitativamente un slmbolo distinto al representado en la Figura 2a. Este slmbolo produce otro valor de fase en el nuevo instante de observation t=0 y produce un conjunto de N muestras (12) distinto, desfasado pi/4 respecto al anterior.
Las muestras almacenadas en la memoria (14) son comparadas con una secuencia patron (15), vease Figura 3. El bloque (16) toma las muestras almacenadas en la memoria (14) y determina cual es el valor de desplazamiento circular de las muestras almacenadas en la memoria (14) que tiene mayor similitud al patron (15). Este valor determina el valor (35), que codifica la fase respecto a la referencia dada por el conjunto (15). Por ejemplo, si el desplazamiento que produce mayor similitud es nulo, el valor de fase instantanea representado por la senal digital (35) corresponde a una fase de 0. Si el desplazamiento que produce mayor similitud es N/2, el valor de fase instantanea representado por la senal digital (35) corresponde a una fase de 180 grados o pi radianes. Para otros valores, se opera analogamente, de forma proporcional.
Dependiendo de los parametros de la senal modulada en frecuencia (2), esta exhibira un diagrama de trayectoria (37) de fase instantanea particular, dependiente de los datos transmitidos. La observacion de este diagrama de fase en los intervalos de sensibilidad del oscilador superregenerativo dara lugar a un conjunto de muestras de fase instantanea (36), a partir de los cuales se pueden deducir los datos transmitidos.
La Figura 4 ilustra este concepto en un caso general para una modulation FSK de cuatro niveles (f(-2),f(-1),f(+1),f(+2)) de fase continua. Durante el intervalo (0,Ts) la frecuencia transmitida es f(+1), durante el intervalo (Ts,2Ts) la frecuencia transmitida es f(-2), durante el intervalo(2Ts,3Ts) es f(-1) y durante el intervalo (3Ts,4Ts) es f(+2).
La Figura 5 ilustra este concepto para una senal FSK de Sunde, esto es, una modulacion FSK binaria con separation de frecuencia igual a la frecuencia de slmbolo. A diferencia de la Figura 4, en este caso se observan valores de fase unicamente en los centros de los intervalos de slmbolo, esto es, en t=nTs+Ts/2, obteniendose los valores representados con clrculos (36). La Figura 6 muestra el diagrama de transiciones de valores de fase para la senal de la Figura 5.
La Figura 7 ilustra este concepto para una senal MSK, esto es, una modulacion FSK binaria con separacion de frecuencia igual a la mitad de la frecuencia de slmbolo. A diferencia de la Figura 4, en este caso se observan valores de fase unicamente en los centros de los intervalos de slmbolo, esto es, en t=nTs+Ts/2, obteniendose los valores representados con clrculos (36). Las Figuras 8, 9 y 10, muestran el diagrama de transiciones de valores de fase para una modulacion MSK, cuando los valores de fase (36) son observados en distintos instantes: en los centros de los intervalos de slmbolo, esto es, en t=nTs+Ts/2 (Figura 8), en un punto situado en el 75% de los intervalos de slmbolo, esto es, en t=nTs+3Ts/4 (Figura 9) y en los extremos de los intervalos de slmbolo, esto es, en t=nTs (Figura 10).
La decision de los datos transmitidos a partir de las muestras (36) de la trayectoria de fase es un problema conocido y puede considerarse obvia para un experto en la materia. Para la estimation de los datos se puede considerar unicamente el valor digital de fase correspondiente al ciclo de reception actual y el correspondiente al ciclo de reception inmediatamente anterior. Alternativamente para la estimacion de los datos se puede considerar un subconjunto de todos los valores digitales de fase obtenidos hasta el momento.
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Ademas, a partir de los valores digitales de fase obtenidos hasta el momento, puede realizarse una estimation de la desviacion del intervalo de sensibilidad respecto de su position optima. Esta information puede aprovecharse para corregir automaticamente la posicion del intervalo de sensibilidad mediante un lazo de control adecuado.
Breve description del contenido de los dibujos
La Figura 1 muestra el diagrama de bloques del sistema (1) que realiza el procedimiento objeto de la presente invencion.
La Figura 2a muestra las principales senales involucradas en la presente invention.
La Figura 2b muestra las principales senales involucradas en la presente invencion para un slmbolo distinto al representado en la Figura 2a.
La Figura 3 muestra como a partir de dos conjuntos de muestras (14) y (15) se obtiene la diferencia de fase entre estos dos conjuntos de muestras.
La Figura 4 muestra, a modo de ejemplo, una trayectoria de fase (37) obtenida para una modulation FSK de cuatro niveles (f(-2),f(-1),f(+1),f(+2)) de fase continua.
La Figura 5 muestra, a modo de ejemplo, las posibles trayectorias de fase (37) para una modulacion FSK de Sunde.
La Figura 6 muestra el diagrama de transiciones de valores de fase para una modulacion FSK de Sunde observados en t=nTs+Ts/2.
La Figura 7 muestra, a modo de ejemplo, las posibles trayectorias de fase (37) para una modulacion MSK.
La Figura 8 muestra el diagrama de transiciones de valores de fase para una modulacion MSK observados en t=nTs+Ts/2.
La Figura 9 muestra el diagrama de transiciones de valores de fase para una modulacion MSK observados en t=nTs+3Ts/4.
La Figura 10 muestra el diagrama de transiciones de valores de fase para una modulacion MSK observados en t=nTs.
La Figura 11 muestra los detalles de la realization preferida.
Description de una realization preferida
La realizacion preferida se describe en la Figura 11. En ella, la senal de radiofrecuencia modulada en frecuencia es captada por una antena (7) y amplificada por un amplificador integrado de banda ancha y bajo ruido (8) polarizado por la resistencia (32). Este amplificador, al igual que el amplificador (31) presentan impedancias de entrada y de salida proximas a 50 ohmios. El condensador (28) tiene por mision bloquear la componente continua hacia la antena. El amplificador integrado de banda ancha (31) constituye el elemento activo del oscilador superregenerativo. El resonador hairpin (25) estabiliza la frecuencia de oscilacion, de valor igual o muy proximo a la frecuencia de la senal de entrada, mientras que las llneas desfasadoras (26) proporcionan el desfase necesario de 360° al cerrar el lazo de realimentacion. La polarization del amplificador (31) es realizada por la resistencia (33). El condensador (29) tiene por mision bloquear la componente continua.
El conjunto formado por el condensador (30) y las resistencias (23) y (24) tiene por objetivo modificar la componente continua de la senal de salida del amplificador (31), de forma que la circuiterla digital (17) pueda discernir valores logicos altos y bajos.
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La circuiterla digital (17) esta contenida en un dispositivo semiconductor que incorpora bloques de logica cuya interconexion y funcionalidad puede ser programada. Un modulo oscilador (21) genera la senal de reloj del sistema (22) y esta se reparte a los diversos modulos dentro de (17). Las muestras (12), codificadas con un bit por muestra, se encuentran almacenadas en un registro de desplazamiento (14), gobernado por la senal digital (5). En cada ciclo de recepcion se toman N=20 muestras. Asl, el comparador (16), descrito adecuadamente mediante un lenguaje de description de circuitos digitales, produce una salida (35) que codifica una de las 20 fases posibles.
El bloque decisor (34) realiza una estimation del dato recibido (3) a partir de la secuencia de valores actual y anteriores de (35). En funcion del tipo de modulation particular esta estimacion puede basarse unicamente en la rotation de fase producida entre el valor actual de (35) y su valor inmediatamente anterior.
El bloque de control (18) genera la senal digital (5) a partir de la senal de reloj del sistema (22). El bloque de control (18) genera asimismo la senal de validation de datos (20) y tambien proporciona los datos (96) necesarios para que el convertidor digital-analogico (19), seguido del filtro paso-bajo (97) genere la senal de extincion (4) que modifica la ganancia del amplificador (31) al aplicarse a traves de la resistencia (27). El bloque de control (18) tambien genera senales adicionales no representadas para gobernar los bloques (14), (16) y (34).
Cuando esta activa, la senal (5) tiene una frecuencia tal que permite obtener 20 muestras de la senal (11) en aproximadamente 21 perlodos de la senal (11). Un ligero desplazamiento de la frecuencia de la senal (5) no tiene efectos significativos sobre el funcionamiento del bloque (16), que sigue siendo capaz de producir el valor de fase (35) de forma correcta. Ligeros desplazamientos del instante en que empieza a actuar la senal de reloj (5) tampoco tienen efectos significativos sobre el bloque (16). El bloque (16) tambien es inmune a unos pocos errores en la cuantificacion de las muestras gracias al numero de muestras tomado.
El receptor descrito como realization preferida se caracteriza por ser el primer receptor superregenerativo capaz de demodular modulaciones digitales de frecuencia MSK. Ligeras modificaciones en el bloque decisor (34) permiten demodular otros tipos de modulacion de frecuencia, como la FSK de Sunde.
Puede recibir senales a diferentes frecuencias dimensionando adecuadamente el resonador (25) y las llneas desfasadoras (26) e incluso substituyendo el conjunto formado por (25) y (26) por otros filtros paso-banda de topologla distinta. Asimismo, un experto en la materia no tendra dificultad en utilizar una topologla de oscilador distinta, basada por ejemplo en una estructura Colpitts, una estructura de resistencia negativa o cualquier otra. En funcion de la frecuencia de recepcion, el registro de desplazamiento (14) puede situarse fuera del bloque (17) sin modificar la estructura esencial del receptor. El receptor puede funcionar en modo logarltmico ya que en este modo tambien se conserva la information de fase. La operation en modo logarltmico resulta ventajosa por ser extremadamente robusta frente a cambios en el nivel de la senal de entrada, alcanzandose margenes dinamicos de 60 dB sin requerir ningun reajuste en la senal de extincion. En la realizacion preferida el ancho de banda de recepcion puede ajustarse al ancho de banda de la senal transmitida, en contraste con receptores superregenerativos convencionales donde el ancho de banda de recepcion es muy superior al ancho de banda de la senal de informacion. La realizacion preferida destaca asimismo por su gran simplicidad, en contraste con otros receptores de senales digitales moduladas en frecuencia existentes hasta la fecha.
Claims (12)
- 510152025303540REIVINDICACIONES1. Procedimiento para la desmodulacion de senales moduladas en frecuencia, caracterizado por el hecho de que,a) hace uso de un oscilador superregenerativo gobernado por una senal de extincion,b) la senal de extincion produce una etapa de estabilidad del oscilador superregenerativo seguida por una etapa de inestabilidad del oscilador superregenerativo,c) la secuencia formada por la etapa de estabilidad seguida de la etapa de inestabilidad constituye un ciclo de recepcion,d) el instante en el que el oscilador superregenerativo cambia de estable a inestable determina un intervalo de tiempo a su alrededor que constituye un intervalo de sensibilidad,e) en cada ciclo de recepcion, la forma de onda generada por el oscilador superregenerativo es un pulso de radiofrecuencia,f) la fase de cada pulso de radiofrecuencia depende de la fase de la senal de entrada en el intervalo de sensibilidad que, a su vez, depende de la senal modulada en frecuencia que se pretende demodular,g) en cada ciclo de recepcion, se toman muestras directamente del pulso de radiofrecuencia mencionado, sin mediar transformation de frecuencia alguna,h) a partir de las muestras obtenidas se obtiene un valor digital de fase que codifica la information de fase de cada pulso de radiofrecuencia generado por el oscilador superregenerativo,i) el conjunto formado por los valores digitales correspondientes al conjunto de ciclos de recepcion realizados determina una secuencia temporal de valores de fase,j) la secuencia temporal de valores de fase obtenida esta relacionada con la secuencia de frecuencias existente en la senal modulada en frecuencia que se pretende demodular y permite la decision de los datos.
- 2. Procedimiento segun la reivindicacion 1, caracterizado porque las muestras de los pulsos se toman con un bit de resolucion.
- 3. Procedimiento segun la reivindicacion 1, caracterizado porque los instantes en los que se realiza el muestreo estan equiespaciados y el periodo de muestreo es mayor que el de la senal generada por el oscilador superregenerativo.
- 4. Procedimiento segun la reivindicacion 1, caracterizado porque para la estimation de los datos se consideran unicamente el valor digital de fase correspondiente al ciclo de recepcion actual y el correspondiente al ciclo de recepcion inmediatamente anterior.
- 5. Procedimiento segun la reivindicacion 1, caracterizado porque para la estimacion de los datos se considera un subconjunto de todos los valores digitales de fase obtenidos hasta el momento.
- 6. Procedimiento segun cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque a partir de los valores digitales de fase obtenidos hasta el momento se realiza una estimacion de la desviacion del intervalo de sensibilidad respecto de su posicion optima y se aprovecha la estimacion mencionada para corregir la position del intervalo de sensibilidad.510152025303540
- 7. Circuito para la desmodulacion de senales moduladas en frecuencia, caracterizado por el hecho de que,a) hace uso de un oscilador superregenerativo gobernado por una senal de extincion,b) la senal de extincion produce una etapa de estabilidad del oscilador superregenerativo seguida por una etapa de inestabilidad del oscilador superregenerativo,c) la secuencia formada por la etapa de estabilidad seguida de la etapa de inestabilidad constituye un ciclo de recepcion,d) el instante en el que el oscilador superregenerativo cambia de estable a inestable determina un intervalo de tiempo a su alrededor que constituye un intervalo de sensibilidad,e) en cada ciclo de recepcion, la forma de onda generada por el osciladorsuperregenerativo es un pulso de radiofrecuencia,f) la fase de cada pulso de radiofrecuencia depende de la fase de la senal de entrada en el intervalo de sensibilidad que, a su vez, depende de la frecuencia de la senal modulada en frecuencia que se pretende demodular,g) en cada ciclo de recepcion, se toman muestras directamente del pulso deradiofrecuencia mencionado, sin mediar transformation de frecuencia alguna,h) a partir de las muestras obtenidas se obtiene un valor digital de fase que codifica la information de fase de cada pulso de radiofrecuencia generado por el oscilador superregenerativo,i) el conjunto formado por los valores digitales correspondientes al conjunto de ciclos de recepcion realizados determina una secuencia temporal de valores de fase,j) la secuencia temporal de valores de fase obtenida esta relacionada con la secuencia de frecuencias existente en la senal modulada en frecuencia que se pretende demodular y permite la decision de los datos,
- 8. Circuito segun la reivindicacion 7, caracterizado porque las muestras de los pulsos se toman con un bit de resolucion.
- 9. Circuito segun la reivindicacion 7, caracterizado porque los instantes en los que se realiza el muestreo estan equiespaciados y el periodo de muestreo es mayor que el de la senal generada por el oscilador superregenerativo.
- 10. Circuito segun la reivindicacion 7, caracterizado porque para la estimation de los datos se consideran unicamente el valor digital de fase correspondiente al ciclo de recepcion actual y el correspondiente al ciclo de recepcion inmediatamente anterior.
- 11. Circuito segun la reivindicacion 7, caracterizado porque para la estimacion de los datos se considera un subconjunto de todos los valores digitales de fase obtenidos hasta el momento.
- 12. Circuito segun cualquiera de las reivindicaciones de las 7 a la 11, caracterizado porque a partir de todos o de una parte de los valores digitales de fase obtenidos hasta el momento se realiza una estimacion de la desviacion del intervalo de sensibilidad respecto de su position optima y se aprovecha la estimacion mencionada para corregir la position del intervalo de sensibilidad.
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| FG2A | Definitive protection |
Ref document number: 2554992 Country of ref document: ES Kind code of ref document: B2 Effective date: 20160330 |