WO2002017585A1 - Metodo, transmisor y receptor para comunicacion digital de espectro ensanchado mediante modulacion de secuencias complementarias golay - Google Patents

Metodo, transmisor y receptor para comunicacion digital de espectro ensanchado mediante modulacion de secuencias complementarias golay Download PDF

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    • H04J13/102—Combining codes

Definitions

  • the present invention relates to the method of modulation and demodulation, as well as the transmitter and receiver, which allow the transmission and reception of data through any means of transmission, particularly when it is necessary or desirable to use spread spectrum techniques.
  • spread spectrum or spread spectrum was developed for application in military communications, due to its characteristics of immunity against noise and interference. Its principle is based on the use of certain binary sequences that have certain characteristics similar to noise and that, however, a receiver that knows this sequence is able to detect as a signal.
  • SUBSTITUTE SHEET (RULE 26) local radio, deep space communications, etc. All of them based on digital modulations through the use of sequences that, due to their autocorrelation and cross correlation characteristics, are suitable for this type of applications. For this reason, international organizations (IEEE, ITU, etc.), have begun to normalize and standardize modulation systems that allow the use of certain sequences to modulate the transmitted binary data and thus obtain characteristics that allow to use, among others, certain frequencies designated for industrial, scientific and medical applications (ICM bands), and whose use and exploitation does not require any type of administrative license.
  • ICM bands industrial, scientific and medical applications
  • SUBSTITUTE SHEET (RULE 26) of the equipment of transmission of the ship, and to the reduced relation signal to noise that these signals present when they are received.
  • the length of the coding sequence (Barker, PN, Walsh, etc.) ... determines both the process gain and the bandwidth used.
  • the transmission speed is reduced if we try to increase the process gain, so we must always reach a compromise between both parameters.
  • the transmission speed can be increased by expanding the number of phases of the modulation, however this technique has greater restrictions the lower the signal to noise ratio in reception.
  • the invention presented uses pairs of complementary Golay sequences for the modulation by spread spectrum and DS-CDMA of the amplitude-modulated binary data, in combination with a
  • the main property of the sequences used in this invention is that, unlike the Barker sequences that have lateral lobes, the Golay sequences have an ideal autocorrelation characteristic, that is, it corresponds to a perfect Krónecker delta so that they meet:
  • the communications system object of the present invention allows a physical point-to-point or point-to-multipoint communications link to be made at a transmission rate that will depend on the medium used, as well as the available bandwidth and desirable error rate.
  • the transmitting team is responsible for performing the following tasks:
  • SUBSTITUTE SHEET (RULE 26) • Receive the data and generate the symbols corresponding to each group of [m) bits based on the number ( ⁇ ) of Golay sequences of length (M) chosen, number of amplitudes ⁇ A) per symbol, number of phases (N) used for modulation, and process gain necessary to meet system quality requirements.
  • the receiving team is responsible for performing the following tasks:
  • SUBSTITUTE SHEET (RULE 26) it is desired independently, as will be seen below, of the transmission speed and only by increasing the length of the chosen Golay sequences, so that large transmission powers are not necessary to obtain a high signal-to-noise ratio in reception.
  • the process gain (in decibels) is defined, in this case, as:
  • M corresponds to the length of the Golay sequences used in the modulation. This feature is very important in applications where low transmission power is desirable (portable terminals, spacecraft and communication satellites), communication takes place over long distances (deep space transmissions), and even military applications in which interference caused by the enemy or the need to encrypt the transmission determine the security and quality of the communication.
  • this method allows simultaneous information flows to be transmitted, in the same frequency band, by using different Golay sequences of low cross correlation, thus facilitating the creation of communication subnets within the same band, or multiplying the speed of transmission by a factor proportional to ⁇ .
  • B (hertz) is the bandwidth, null to null, used, N the number of phases used in the modulation (power of 4), A the number of amplitudes used in the coding of the binary data and ⁇ the number of pairs of complementary Golay sequences used.
  • C is independent of.
  • the invention described is a powerful communications system for use in spread spectrum applications, DS-CDMA, hostile environments, when there are restrictions on the transmission power, or simply when we want to improve the quality of communications without degrading The transmission speed.
  • Figure 1 shows the current basic transmission technique of a spread spectrum system, and in particular using an 11-bit Barker sequence that, by means of an exclusive OR function, performs the spread of the spectrum of the original data signal. It is observed that the bit frequency is 11 times lower than that used for the Barker sequence, which allows to obtain a process gain of 10 - logl0 (11) 10.4 dB.
  • Binary data (1) enters the sender in groups of ⁇ x bits. Each group m of m bits signed multiply (3) to both Golay sequences A and B (2) corresponding to BMB number i. The result of both multipliers is accumulated independently in each of the phases, and in each element, within the shift register (4) and move to the right waiting for the next symbol.
  • the output values of the displacement register of each BMB are added (5) and the result modulated in phase and quadrature by means of the product with, for example, a sine and cosine symbol
  • the analog phase (I) and quadrature (Q) signals obtained are quantified and introduced to all BDBs and the result of both correlated with the corresponding original sequences (2), the sum (3) of both flows will give us an encoded signal in amplitude corresponding to the data of each subset of original bits that are demodulated.
  • a multiplexer block (4) is responsible for decoding and ordering the bits to recover the original data stream.
  • Figure 4 corresponds to the scheme of a
  • SUBSTITUTE SHEET (RULE 26) possible realization of the modulation. For simplicity, only the realization of phase I is represented. Phase Q is identical but modulating with the complementary sequence. Therefore, only one of the Golay registers (1), one of the accumulators and displacement register (2) and a multiplier (3) appear.
  • the transmitter performs the following tasks, where R is the transmission speed in symbols / s:
  • Mul typifier It consists of two signed multipliers (bit of greater weight) of the sequence pair
  • Double accumulator and shift register Performs the arithmetic sum of the result of the multipliers with the content of the double shift register (the upper track with A and the lower track with B) and shifts one register to the right at each cycle of symbol, updating the register to the left of it to zero.
  • the shift register is made up of basic elements that store signal values and therefore the number (n) of bits used for each basic element of said register must be set so that there is no overflow in the accumulation operations. Likewise, the number of elements of the movement register must be equal to or greater than M for each of the routes A and B.
  • QPSK modulator Modulates the output signals of the adder by multiplying the output signal of the adders by two quadrature symbols, for example, a sinusoidal symbol with phase ⁇ 0 (via I) and another in quadrature ⁇ 0 + ⁇ / 2 (via Q), and adding the result of both phases, thus obtaining the transmission signal in QPSK.
  • Output stage It consists of a D / A conversion stage and a conventional radio frequency stage, for example, that sends the signal to the transmission medium.
  • QPSK receiver Amplifies the RF input signal and converts the signal, if necessary, to an intermediate frequency (IF), obtains the information of the phase and allows the demodulation and recovery of the different flows in phase I and quadrature Q corresponding to phases ⁇ 0 and ⁇ o + ⁇ / 2 -
  • IF intermediate frequency
  • the signals I and Q are digitized and their output delivered to the correlator blocks. This block is common to all BDBs.
  • SUBSTITUTE SHEET (RULE 26) different flows received with their corresponding Golay sequences. Since the sequences are normalized between +1 and -1, the correlation is reduced to addition and subtraction.
  • Adder and detector Performs the sum of the correlations, two by two, so that the result is the original data modulated in amplitude. These are thresholdized and converted to binary data generated at the symbol rate at the output of each block.
  • Decoder Performs the grouping of the ⁇ groups received within the data stream that corresponds to the data transmitted in the order that was transmitted to ⁇ xmxR bits / s.

Abstract

El espectro de frecuencias de un sistema de transmisión es ensanchado en el transmisor (1) mediante la codificación de los bits de información por medio de pares de secuencias complementarias Golay. El espectro es recibido en el receptor (2) y se le hace pasar por un filtro adaptado a las características de dichas secuencias que permite detectar niveles digitales correspondientes a la información transmitida original. Si se utilizan θ pares secuencias ortogonales, a amplitudes para modular los datos, y modulación N-PSK, es posible conseguir una velocidad de transmisión (C) igual a formula (I). Siendo B el ancho de banda ampliado, nulo a nulo, utilizado en hertzios. Permite mejorar la calidad frente a otros sistemas de comunicación digital que emplean técnicas de espectro ensanchado y CDMA, obteniendo una ganancia de proceso independiente de la velocidad de tansmisión.

Description

MÉTODO. TRANSMISOR Y RECEPTOR PARA COMUNICACIÓN DIGITAL
DE ESPECTRO ENSANCHADO MEDIANTE MODULACIÓN DE
SECUENCIAS COMPLEMENTARIAS GOLAY
D E S C R I P C I Ó N
SECTOR DE LA TÉCNICA
La presente invención se refiere al método de modulación y demodulación, así como el transmisor y receptor, que permiten la transmisión y recepción de datos a través de cualquier medio de transmisión, particularmente cuando es necesario o deseable utilizar técnicas de espectro ensanchado.
ESTADO DE LA TÉCNICA
El concepto de espectro ensanchado (o spread spectrum) fue desarrollado para su aplicación en comunicaciones militares, por sus características de inmunidad frente al ruido y las interferencias. Su principio está basado en la utilización de determinadas secuencias binarias que poseen ciertas características similares al ruido y que, sin embargo, un receptor que conoce dicha secuencia es capaz de detectar como señal .
Asimismo la compresión de impulsos mediante secuencias
• binarias es útil también para aplicaciones de RADAR,
SONAR y ecografía, pues permite mejorar la resolución de los objetos detectados. Sin embargo en los últimos años han cobrado fuerza en aplicaciones espaciales y de comunicaciones civiles tales como telefonía móvil DS- CD A (Acceso Múltiple por División de Código mediante modulación Directa de Secuencias) , bucle de acceso telefónico por radio, acceso a Internet, redes de área
HOJA DE SUSTITUCIÓN (REGLA 26) local por radio, comunicaciones en espacio profundo, etc. Todas ellas basadas en modulaciones digitales mediante el empleo de secuencias que, por sus características de autocorrelación y correlación cruzada, son idóneas para este tipo aplicaciones. Por este motivo, organismos internacionales (IEEE, UIT, etc.), han comenzado a normalizar y estandarizar sistemas de modulación que permiten la utilización de determinadas secuencias para modular los datos binarios transmitidos y así obtener características que permitan emplear, entre otras, determinadas frecuencias designadas para aplicaciones industriales, científicas y médicas (bandas ICM) , y cuya utilización y explotación no requiere ningún tipo de licencia administrativa. La necesidad de enviar la mayor cantidad posible de información en el mismo ancho de banda ha hecho que la industria de las telecomunicaciones desarrolle aplicaciones comerciales que emplean el estándar IEEE 802.11 para la transmisión de información por radio en redes locales, obteniéndose velocidades cada vez mayores mediante el empleo de secuencias binarias como la Barker de 11 bits de longitud (para obtener una ganancia de proceso mínima de 10.4 dB) , o Walsh de 8 bits, y distintas técnicas de modulación (BPSK, QPSK, MBOK, QMBOK, etc) que permiten conseguir velocidades de transmisión de hasta 11 Mbps . Este estándar permite trabajar dentro de tres bandas de frecuencias de 22Mhz de ancho de banda, nulo a nulo, ubicadas en la banda denominada de 2.4GHz.
Asimismo para comunicaciones, denominadas de espacio profundo, entre las naves espaciales y las bases en la Tierra se necesitan métodos de transmisión fiables que permitan una gran ganancia de proceso, debido a la necesidad de limitar la potencia de emisión
HOJA DE SUSTITUCIÓN (REGLA 26) de los equipos de transmisión de la nave, y a la reducida relación señal a ruido que presentan dichas señales cuando son recibidas .
En las aplicaciones actuales (figura 1) la longitud de la secuencia de codificación (Barker, PN, Walsh, etc.,...) determina tanto la ganancia de proceso como el ancho de banda utilizado. En general la velocidad de transmisión se reduce si tratamos de incrementar la ganancia de proceso, por lo que siempre hay que llegar a un compromiso entre ambos parámetros. La velocidad de transmisión puede incrementarse ampliando el número de fases de la modulación, sin embargo esta técnica posee mayores restricciones cuanto menor es la relación señal a ruido en recepción.
De todo lo anterior se deduce la necesidad de una técnica de modulación digital de espectro ensanchado que permita, por una parte incrementar la velocidad de transmisión, y por otra obtener una mayor ganancia de proceso que posibilite reducir la potencia necesaria de transmisión o mejorar la relación señal a ruido en recepción, y al mismo tiempo reducir la complejidad de los actuales esquemas de modulación.
No se conoce la existencia de patente o modelo de utilidad alguno, cuyas características sean el objeto de la presente invención.
EXPLICACIÓN DE LA INVENCIÓN
La invención que se presenta utiliza pares de secuencias complementarias Golay para la modulación mediante espectro ensanchado y DS-CDMA de los datos binarios modulados en amplitud, en combinación con una
HOJA DE SUSTITUCIÓN (REGLA 26) modulación N-PSK, ampliamente utilizada en sistemas de comunicación digital .
La principal propiedad de las secuencias empleadas en esta invención es que, al contrario que las secuencias Barker que poseen lóbulos laterales, las secuencias Golay poseen una característica de autocorrelación ideal, es decir corresponde a una delta de Krónecker perfecta de modo que cumplen:
CA [n] + CA [n] = { -! nn== 0
Figure imgf000006_0001
siendo CA y CB, las autocorrelaciones individuales de las secuencias A y B del par de secuencias complementarias Golay, de longitud M, elegidas, y cuyos valores pertenecen al conjunto bivaluado (1,-1).
La generación de tales secuencias se realiza a partir de los llamados kemel básicos conocidos hasta la fecha de 2, 10 y 26 bits (las reglas de generación de secuencias Golay se discuten en el artículo titulado "Complementary Sequences" de M.J.E. Golay, publicado en IRÉ Transactions on Information Theory, vol . IT-7, p.p. 82-87, abril de 1961) .
El sistema de comunicaciones objeto de la presente invención permite realizar un enlace físico de comunicaciones punto a punto o punto a multipunto a una velocidad de transmisión que dependerá del medio empleado, así como del ancho de banda disponible y tasa de error deseable .
Consta de dos equipos o aparatos : Uno transmisor y otro receptor.
El equipo transmisor se encarga de realizar las siguientes tareas:
HOJA DE SUSTITUCIÓN (REGLA 26) • Recibir los datos y generar los símbolos correspondientes a cada grupo de [m) bits en función del número ( η) de secuencias Golay de longitud (M) elegidas, número de amplitudes {A) por símbolo, número de fases (N) empleadas para la modulación, y ganancia de proceso necesaria para cumplir los requisitos de calidad del sistema.
• Realizar la suma de las distintas fases para formar una modulación Ν-PSK y generar así la señal de transmisión.
• Transmitir la señal compuesta al medio de transmisión mediante, por ejemplo, una etapa de
RF y antena.
El equipo receptor se encarga de realizar las siguientes tareas:
• Demodular la información N-PSK y extraer las componentes de cada una de las distintas fases.
• Adaptar, filtrar y correlar las componentes extraídas con sus correspondientes pares complementarios o Golay.
• Sumar las correlaciones y obtener así el flujo de datos original como niveles digitales .
• Realizar la decodificación de niveles para obtener los datos originales.
La primera ventaja de este método es la de poder obtener una ganancia de proceso tan grande como
HOJA DE SUSTITUCIÓN (REGLA 26) se desee independientemente, como se verá más adelante, de la velocidad de transmisión y sólo incrementando la longitud de las secuencias Golay elegidas, por lo que no son necesarias grandes potencias de transmisión para obtener una alta relación señal a ruido en recepción. La ganancia de proceso (en decibelios) se define, en este caso, como:
GP = 10 log10 (2M) dB. (1.1)
donde M corresponde a la longitud de las secuencias Golay empleadas en la modulación. Esta característica es muy importante en aplicaciones donde sea deseable una baja potencia de transmisión (terminales portátiles, naves espaciales y satélites de comunicación) , la comunicación se realice a grandes distancias (Transmisiones en espacio profundo) , e incluso aplicaciones militares en las que las interferencias causadas por el enemigo o la necesidad de encriptar la transmisión determinan la seguridad y calidad de la comunicación.
Además, este método permite transmitir flujos de información simultáneos, en la misma banda de frecuencias, mediante el uso de η distintas secuencias Golay de baja correlación cruzada, facilitando así la creación de η subredes de comunicación dentro de una misma banda, o multiplicar la velocidad de transmisión por un factor proporcional a η .
Asimismo es posible incrementar aún más la velocidad de transmisión si previamente realizamos una modulación de amplitud a los datos de entrada mediante A amplitudes.
HOJA DE SUSTITUCIÓN (REGLA 26) Así pues se deduce de todo lo anterior que la velocidad de transmisión, o capacidad (C) , que puede obtenerse en un sistema de comunicación de espectro ensanchado empleando este método será:
C= η - log2A - (1/2) - log2N- (B/2) bits/seg (1.2)
siendo B (hertzios) el ancho de banda, nulo a nulo, utilizado, N el número de fases empleadas en la modulación (potencia de 4) , A el número de amplitudes empleadas en la codificación de los datos binarios y η el número de pares de secuencias complementarias Golay empleadas. En la expresión anterior se observa que C es independiente de .
Por tanto, la invención que se describe constituye un potente sistema de comunicaciones para utilización en aplicaciones de espectro ensanchado, DS- CDMA, entornos hostiles, cuando existan restricciones en la potencia de transmisión, o simplemente cuando deseemos mejorar la calidad de las comunicaciones sin degradar la velocidad de transmisión.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS
La figura 1 muestra la técnica de transmisión básica actual de un sistema de espectro ensanchado, y en particular utilizando una secuencia Barker de 11 bits que, mediante una función OR exclusiva, realiza el ensanchado del espectro de la señal original de datos. Se observa que la frecuencia de bit es 11 veces inferior a la utilizada para la secuencia Barker, lo que permite obtener una ganancia de proceso de 10 - logl0 (11) 10.4 dB .
HOJA DE SUSTITUCIÓN (REGLA 26) La figura 2 muestra el esquema básico del método de transmisión y una posible implementación del transmisor que utiliza este método para N =4. Los datos binarios (1) entran en el emisor en grupos de ηx bits. Cada grupo í de m bits multiplica con signo (3) a ambas secuencias Golay A y B (2) correspondientes al BMB número i . El resultado de ambos multiplicadores se acumula independientemente en cada una de las fases, y en cada elemento, dentro del registro de desplazamiento (4) y se desplazan hacia la derecha a la espera del siguiente símbolo.
Los valores de salida del registro de desplazamiento de cada BMB son sumados (5) y el resultado modulado en fase y cuadratura mediante el producto con, por ejemplo, un símbolo seno y coseno
(6) . El resultado es enviado a una etapa de transmisión
(7) convencional.
La figura 3 muestra un esquema básico del método de recepción y, en particular, un ejemplo de receptor que emplea este método para N =4. Se reduce a una demodulación 4-PSK de ambas fases obteniendo una señal en fase y otra en cuadratura (1) . Las señales en fase (I) y cuadratura (Q) analógicas obtenidas son cuantificadas e introducidas a todos los BDB y el resultado de ambas correlado con las secuencias originales correspondientes (2) , la suma (3) de ambos flujos nos dará una señal codificada en amplitud correspondiente a los datos de cada subgrupo de bits originales que son demodulados . Un bloque multiplexor (4) se encarga de decodificar y ordenar los bits para recuperar el flujo de datos original.
La figura 4 corresponde al esquema de una
HOJA DE SUSTITUCIÓN (REGLA 26) posible realización de la modulación. Para simplificar, sólo se representa la realización de la fase I. La fase Q es idéntica pero modulando con la secuencia complementaria. Por tanto, sólo aparece uno de los registros Golay (1) , uno de los acumuladores y registro de desplazamiento (2) y un multiplicador (3) .
MODO DE REALIZACIÓN
A continuación se detalla una posible realización de este método aplicada a un sistema de comunicación punto a punto por radio en espacio libre. Por claridad, en la figura 2 aparece esquematizado la implementación para el caso de un transmisor QPSK (N=4) , el cual realiza la modulación de los datos utilizando η secuencias Golay, moduladas en amplitud mediante A amplitudes. Por tanto, aplicando la fórmula (1.2), la velocidad de transmisión será:
C= η-log2A- (_J2 ) bits/seg (1.3)
De acuerdo con lo explicado anteriormente, partimos de un conjunto de η pares de secuencias Golay de M bits, previamente generadas y almacenadas en el transmisor mediante, en general, 2xη registros binarios (valores 1 y -1) , que pretendemos modular en amplitud con A amplitudes y con 4 fases en Q-PSK (4 -PSK) . En la misma figura 2 se observa además, en detalle, uno de los bloques moduladores básicos (BMB) de los que consta el transmisor.
El transmisor realiza las siguientes tareas, siendo R la velocidad de transmisión en símbolos/s:
(1) Codificador: Los datos digitales NRZ recibidos
HOJA DE SUSTITUCIÓN (REGLA 26) a ηxmxR bits/s llegan codificados y son agrupados en η grupos de m=log2A bits. Cada BMB procesa en paralelo un grupo de m bits, por tanto el sistema transmitirá ηxm bits por símbolo. El bit de mayor peso de cada grupo corresponde con el signo, y los m-1 de menor peso al módulo .
(2) Registro Golay: Formado por dos registros binarios de longitud M que almacenan el par de secuencias complementarias A y B, cuyos valores pertenecen al conjunto (1,-1), que modularán los datos procesados por el BMB correspondiente .
(3) Mul tiplicador: Consta de dos multiplicadores con signo (bit de mayor peso) del par de secuencias
Golay A y B del BMB con el valor aritmético del grupo correspondiente dentro del conjunto de grupos del símbolo de entrada.
(4) Doble acumulador y registro de desplazamiento: Realiza la suma aritmética del resultado de los multiplicadores con el contenido del doble registro de desplazamiento (la vía superior con A y la inferior con B) y desplaza un registro a la derecha a cada ciclo de símbolo, actualizando al valor cero el registro que se encuentra más a la izquierda del mismo. El registro de desplazamiento está formado por elementos básicos que almacenan valores de señal y por tanto el número (n) de bits empleados para cada elemento básico de dicho registro debe di ensionarse para que no exista desborde en las operaciones de acumulación. Asimismo el número de elementos del registro de desplazamiento debe ser igual o superior a M por cada una de las vías A y B.
(5) Sumador: Suma los datos correspondientes a la
HOJA DE SUSTITUCIÓN (REGLA 26) salida de cada registro de desplazamiento de cada uno de los BMB de forma independiente obteniendo así las señales totales Iτ y Qτ que serán moduladas posteriormente .
(6) Modulador QPSK: Modula las señales de salida del sumador multiplicando la señal de salida de los sumadores por dos símbolos en cuadratura, por ejemplo, un símbolo sinusoidal con fase φ0 (vía I ) y otro en cuadratura φ0 + π/2 (vía Q ) , y sumando el resultado de ambas fases, obteniendo así la señal de transmisión en QPSK.
(7) Etapa de salida: Consta de una etapa de conversión D/A y una etapa convencional de radiofrecuencia, por ejemplo, que envía la señal al medio de transmisión.
La figura 3 representa un esquema ejemplo de receptor para N=4 , que está formado por η bloques demoduladores básicos (BDB) , detallado en la misma figura, y la estructura del receptor que está formado por los siguientes bloques:
(1) Receptor QPSK: Amplifica la señal de entrada RF y convierte la señal, si es necesario, a una frecuencia intermedia (IF) , obtiene la información de la fase y permite la demodulación y recuperación de los distintos flujos en fase I y cuadratura Q correspondientes a las fases φ0 y φo + π/2- Las señales I y Q son digitalizadas y su salida entregada a los bloques correladores . Este bloque es común a todos los BDB.
(2) Correladores Golay: Permiten correlar los
HOJA DE SUSTITUCIÓN (REGLA 26) distintos flujos recibidos con sus correspondientes secuencias Golay. Dado que las secuencias están normalizadas entre +1 y -1, la correlación se reduce a realizar sumas y restas.
(3) Sumador y detector: Realiza la suma de las correlaciones, dos a dos, de modo que el resultado son los datos originales modulados en amplitud. Estos son umbralizados y convertidos a datos binarios generados a la velocidad de símbolo a la salida de cada bloque.
(4) Decodificador: Realiza el agrupamiento de los η grupos recibidos dentro del flujo de datos que corresponde con los datos transmitidos en el orden que fueron transmitidos a ηxmxR bits/s .
Ambos aparatos conforman el sistema de transmisión.
HOJA DE SUSTITUCIÓN (REGLA 26)

Claims

R E I V I N D I C A C I O N E S
1.- Método, transmisor y receptor para comunicación digital de espectro ensanchado mediante modulación de secuencias complementarias Golay que permiten transmitir información a través de un canal de comunicaciones, caracterizado por la codificación de los datos binarios modulados en amplitud y su espectro ensanchado utilizando secuencias complementarias Golay moduladas en N-PSK, para conseguir una alta velocidad de transmisión, baja potencia de emisión, y mejorar de manera importante la relación señal a ruido en recepción independientemente de la velocidad de transmisión.
2.- El aparato, según la reivindicación 1, que permite transmitir información a través de un canal de comunicaciones, que comprende la generación de η secuencias binarias Golay de baja correlación cruzada, que codifican los datos de entrada, modulados a su vez en amplitud mediante A amplitudes, y que mediante modulación N-PSK transmite dicha información al medio de transmisión.
3. - Un aparato, según la reivindicación 2, donde el generador de las secuencias binarias para aplicaciones de espectro ensanchado utiliza secuencias complementarias Golay y las mismas cambiadas de signo para representar y enviar al menos un bit de información por intervalo de símbolo.
4.- Un aparato, según la reivindicación 2, donde el generador de las secuencias binarias para aplicaciones de espectro ensanchado utiliza secuencias complementarias Golay y las suma idénticas o cambiadas
HOJA DE SUSTITUCIÓN (REGLA 26) de signo y desplazadas en posición dentro del símbolo de transmisión, de modo que permite transmitir a una velocidad mínima de B/2 bits/seg. siendo B el ancho de banda, nulo a nulo, de transmisión en hertzios.
5. - Un aparato, según reivindicación 2, donde el generador de secuencias binarias para aplicaciones de espectro ensanchado está caracterizado por la posibilidad de multiplicar secuencias complementarias Golay moduladoras por A valores de amplitud que representan la información digital de entrada de modo que permite multiplicar por zn=log2A, la cantidad de bits de información por intervalo de símbolo.
6. - Un aparato, según reivindicación 2, donde el generador de secuencias binarias para aplicaciones de espectro ensanchado, se caracteriza por la posibilidad de generar una ganancia de proceso en decibelios igual a: 10logι0(2M) dB, siendo M la longitud de las secuencias Golay seleccionadas. Dicha ganancia de proceso no tiene límite teórico y es independiente de la velocidad de transmisión.
7.- Un aparato, según reivindicación 2, donde se utiliza un doble acumulador y registro de desplazamiento formado por elementos acumuladores, y caracterizado por acumular y desplazar las muestras de las secuencias generadas según las reivindicaciones 3, 4, 5, y 6, para obtener las distintas fases.
8.- Un aparato, según reivindicación 2, donde se emplea un sumador, que consiste en realizar la suma de todas las fases generadas mediante alguna de las reivindicaciones 3, 4, 5, 6, y 7, todas en conjunto, o combinaciones de ellas, de modo que obtiene las señales
HOJA DE SUSTITUCIÓN (REGLA 26) que posteriormente son moduladas mediante modulación N- PSK y enviadas al medio de transmisión mediante, por ejemplo, una etapa convencional de radio frecuencia.
9. - Método de modulación mediante secuencias
Golay (MSG o GCM [Golay Code Modulation], caracterizado por utilizar alguna de las reivindicaciones 3, 4, 5, 6, 7 y 8, todas en conjunto, o combinaciones de ellas, para modular y transmitir la información de un flujo de datos a una velocidad de transmisión C= η -log2A-l/2 -log2Ν-B/2 bits/seg siendo η el número de pares Golay empleados, A el número de amplitudes empleadas en modular los datos de entrada, N (potencia de 4) el número de fases empleadas en la modulación y B el ancho de banda, nulo a nulo, empleado en la modulación N-PSK.
10. - Un método para generar la modulación mediante secuencias Golay que comprende: (a) La modulación en amplitud, con A amplitudes, de los datos binarios de entrada agrupados en η grupos de m=log2A bi ts, que son introducidos a η bloques moduladores básicos (BMB) .
(b) El almacenamiento de los η pares de secuencias complementarias Golay, de longitud M, en registros binarios de longitud M cuyos valores están comprendidos entre 1 y -1.
(c) El producto con signo de cada grupo de bits, cuyo signo corresponde al bit de mayor peso y cuyo módulo son los 2T?-1 bits restantes, por cada una de las secuencias complementarias Golay de longitud M, correspondientes a dicho grupo, que formarán dos fases, I y Q, de M elementos de longitud.
(d) La acumulación, elemento a elemento, de los M primeros valores actuales contenidos en un doble
HOJA DE SUSTITUCIÓN (REGLA 26) registro de desplazamiento de longitud M con los M elementos correspondientes de los productos de cada una de las fases obtenidas en la etapa anterior.
(e) El desplazamiento de dichos registros en un elemento básico hacia el elemento M de dichos registros
(salida) añadiendo el valor cero en los elementos básicos de orden 1 del doble registro.
(f) La suma de los η valores obtenidos a la salida de las fases I y Q de cada uno de los BMB independientemente, para obtener las fases totales Iτ y
QT-
(g) La modulación, mediante símbolos en cuadratura, de ambas fases Iτ y QT y la suma de ambas para obtener la señal de transmisión. (h) Los medios para transmitir la señal obtenida a un medio de transmisión.
11.- Aparato para recibir bits de información a través de un canal de comunicaciones, que han sido codificados según el método correspondiente a las reivindicaciones 9 y 10, caracterizado por estar realizado sobre la base de una recepción N-PSK (coherente o no) que extrae las fases correspondientes y que comprende filtros adaptados a las secuencias Golay de transmisión (correladores o convolucionadores) y su suma, los medios para acondicionar y analizar la salida de dichos filtros adaptados para . detectar la polaridad y amplitud de los impulsos, y los medios para decodificar dichas amplitudes en bits de datos.
12.- Método de demodulación, que complementa al anterior de modulación, según reivindicación 9 y 10, caracterizado por estar realizado sobre la base de una recepción N-PSK (coherente o no) que extrae las fases y realiza la correlación con las η secuencias
HOJA DE SUSTITUCIÓN (REGLA 26) correspondientes por fase, sumándolas y obteniendo, mediante detección de amplitud, el flujo de datos binarios transmitidos en origen.
13. - Un método de demodulación, según la reivindicación 12, que comprende:
(a) Los medios para adaptar y sincronizar la señal recibida y demodular las fases en cuadratura de que se compone dicha señal y la introducción de todas ellas a cada uno de los η bloques demoduladores básicos (BDB) .
(b) El filtrado mediante correlación, convolución o filtro adaptado a las η pares de secuencias complementarias Golay de las distintas fases recuperadas . {c) Las η sumas de los resultados de cada dos correlaciones correspondientes a un mismo par de secuencias complementarias Golay para obtener un flujo de información modulado en amplitud con A amplitudes.
(d) Los medios para la demodulación de los η flujos modulados en amplitud para obtener η grupos de m=log2A bits.
(e) Los medios para la multiplexación de dichos grupos para formar el flujo de datos original.
HOJA DE SUSTITUCIÓN (REGLA 26)
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