Cadena de recepción de señales (1) que incorpora:

- una interfaz de entrada (2) que realiza la recepción de una señal y la transformación de la señal recibida en al menos dos señales correlacionadas en fase o en contrafase,

distribuyéndose cada una de las señales correlacionadas por al menos una vía (4a, 4b), siendo las vías (4a, 4b) idénticas,

- medios de conversión analógico-digital (6a, 6b) con 1 bit de las señales correlacionadas en fase o en contrafase, en cada una de las vías (4a, 4b),

- medios de tratamiento digital (7) de las señales convertidas emitidas desde dichas vías (4a, 4b), que incorporan al menos unos medios de operaciones (8) entre dichas señales convertidas en fase o en contrafase,

siendo las vías (4a, 4b) partes electrónicas diferenciadas que introducen ruidos no correlacionados en cada una de las vías (4a, 4b), e incorporando los medios de operaciones (8) unos medios de multiplicación, o unos medios de suma, cuando dichas señales convertidas están en fase, o unos medios de resta cuando dichas señales convertidas están en contrafase, o realizando los medios de operaciones (8) al menos una combinación lineal o una ecualización de las señales convertidas

Cadena de recepción de señales.

Campo técnico

La invención se refiere al campo de la recepción de datos. Los datos transmitidos pueden serlo en forma de ondas de radiofrecuencia o en forma de ondas eléctricas u ópticas. La invención reviste un particular interés para el caso de formas de onda del tipo Ultra-WideBand (UWB) impulsivas. La invención puede aplicarse asimismo en los sistemas que utilizan formas de onda en banda estrecha o UWB no impulsivas, así como para sistemas de localización o en las aplicaciones radáricas.

Estado de la técnica anterior

En el estado actual de la técnica de la recepción de señales de radiofrecuencia, es posible enumerar una gran variedad de arquitecturas de recepción de señales. La obra "RF Microelectronics" de B. RAZAVI describe varios tipos de estas arquitecturas.

Actualmente hay una gran demanda para el desarrollo de arquitecturas de recepción simplificadas que presenten un escaso consumo. El objetivo es proveer soluciones para los sistemas de transmisión llamados de bajo caudal, cuyas restricciones en lo que respecta al consumo y al coste son considerables. No obstante, estas arquitecturas simplificadas tienen que estar en condiciones de receptar señales de amplitudes muy débiles con el fin de obtener en particular un alcance interesante en los sistemas de transmisión inalámbricos.

En el caso particular de los sistemas UWB impulsivos, recientemente, grupos de trabajo han propuesto nuevas arquitecturas: "Proposals for IEEE 802.15.4a Alternate PHY". Estas arquitecturas se distinguen esencialmente por los tratamientos que son aplicados a las señales en la cadena de recepción, así como por su implementación sobre silicio. Estas arquitecturas se pueden clasificar en varias categorías.

Las arquitecturas llamadas "transmitted reference" están basadas en la emisión sucesiva de un pulso de referencia y de un pulso que codifica el dato que se va a transmitir. Por tanto, el receptor tiene que estar en condiciones de realizar una correlación entre el pulso de referencia retardado y el pulso que codifica el dato que se va a transmitir. Este tipo de receptor precisa de la integración de una celda de retardo. En el caso de una versión analógica, la implementación de esta celda de retardo y de la celda de correlación es relativamente compleja, a causa de la precisión requerida y del control de ganancia a la entrada que se tiene que hacer. En el caso de una versión digital, se simplifica el tratamiento del retardo y de la correlación de las señales, pero la gestión de los datos digitales a caudal alto puede resultar delicada y una fuente de consumo.

Las arquitecturas basadas en la detección de picos de tensión o en la detección de frentes son soluciones muy simples a efectos de implementación. Por el contrario, éstas presentan prestaciones limitadas en lo que respecta al alcance, ya que es difícil realizar integraciones coherentes, es decir, promediar varios pulsos recibidos síncronos con el fin de reducir el ruido, para aumentar la relación señal a ruido de las señales recibidas.

Las arquitecturas basadas en un cambio de frecuencia son interesantes porque permiten realizar cierto número de tratamientos a frecuencias más bajas. Sin embargo, precisan de la integración de un circuito de síntesis de frecuencia que funcione en muy alta frecuencia y el control de ganancia a la entrada del mezclador es complejo.

Las arquitecturas por detección de energía representan una alternativa interesante, puesto que el esquema de implementación es relativamente simple. Permiten capturar toda la energía presente en la recepción y es compatible con una integración coherente. Sin embargo, es muy delicada la implementación de estos circuitos de detección en tecnologías del silicio convencionales. La dinámica obtenida en estos circuitos es generalmente débil. Es posible hacer la estructura más compleja para mejorar la dinámica del detector de energía, aunque en detrimento de las prestaciones de frecuencia. Entonces el consumo es más elevado y es grave la restricción sobre el circuito de control de ganancia.

Recientemente se ha propuesto una arquitectura de receptor simplificada, en la publicación "STMicroelectronics proposal for IEEE 802.15.3a Alternate PHY" de D. Helal y col. Se fundamenta ésta en el principio de una digitalización con 1 bit de la señal recibida a muy alta frecuencia (20 GHz). El diseño de la primera etapa de RF se ve simplificado, así como las restricciones de control de ganancia. Sin embargo, habida cuenta del alto caudal de datos, es elevada la complejidad y, con ello, el consumo de la parte digital a este receptor asociada. Además, es necesario realizar una sincronización precisa entre el emisor y el receptor, así como una buena estimación de propagación de las ondas. Mediante la realización de un submuestreo de la señal, es posible reducir la frecuencia de digitalización del sistema, pero el tratamiento digital no deja de ser considerable.

El documento "An Ultrawideband System Architecture for Tag Based Wireless Sensor Network", Stoica y col., IEEE, 2005, describe una cadena de recepción de señales que incorpora una celda de Gilbert de dos vías de entrada y un único medio de conversión analógico-digital, en la vía de salida.

Exposición de la invención

El objetivo de la presente invención es proponer una arquitectura de recepción de señales que consume poco, cuya implementación no pasa de ser simple, y que aporta una solución a los problemas de dinámica de las celdas de detección de energía, así como a los problemas de control de ganancia.

Para lograr estos objetivos, la presente invención propone una cadena de recepción de señales como en la reivindicación 1.

Así, estando reducida la parte analógica de esta cadena de recepción a la simple función de recepción, su implantación se simplifica.

Además, los problemas de la dinámica de detección de energía se simplifican, concretamente cuando la cadena de recepción comprende una conversión analógico-digital en 1 bit, con dos señales correlacionadas.

La cadena de recepción de señales puede comprender además medios de amplificación, por ejemplo dispuestos entre la interfaz de entrada y los medios de conversión analógico-digital.

Los medios de amplificación pueden realizar una amplificación lineal o no lineal, tal como una amplificación con saturación. Así, no es necesario realizar un control de la ganancia.

Los medios de amplificación pueden tener una ganancia constante.

Los medios de operaciones entre dichas señales pueden comprender medios de multiplicación.

Los medios de multiplicación pueden entonces comprender al menos una puerta O-exclusiva cuando la señal recibida se transforma en dos señales correlacionadas y cuando la conversión se realiza en 1 bit.

En este caso, la salida de la puerta O-exclusiva puede ser una salida inversora cuando las dos señales correlacionadas están en fase, realizando así una puerta NO-O exclusiva.

Los medios de operaciones pueden comprender medios de suma de señales convertidas cuando dichas señales convertidas están en fase. Así, el ruido se reduce sin modificar la señal inicialmente recibida.

Los medios de operaciones pueden comprender, cuando dichas señales convertidas están en contrafase, medios de resta entre dichas señales. Se reproduce así una recepción en modo diferencial, que permite reducir o anular el ruido de modo común.

Los medios de operaciones pueden igualmente realizar al menos una combinación lineal de señales convertidas, que permite por ejemplo limitar la dinámica de la señal digital obtenida, o bien reducir el ruido a la vez que se recupera a la salida la señal diferencial inicial.

Finalmente, los medios de operaciones pueden igualmente realizar al menos una ecualización de señales convertidas, que permite compensar los efectos de atenuación a la vez que se reduce el ruido. Esta ecualización consiste en una combinación lineal de señales convertidas, estando asociados elementos de retardo a cada una de las señales.

Los medios de conversión analógico-digital pueden ser asíncronos, permitiendo así no realizar un muestreo a este nivel de la cadena de recepción.

Los medios de conversión analógico-digital pueden comprender al menos un comparador cuando la conversión se realiza en 1 bit.

La interfaz de entrada puede comprender al menos una antena.

La...

1. Cadena de recepción de señales (1) que incorpora:

- una interfaz de entrada (2) que realiza la recepción de una señal y la transformación de la señal recibida en al menos dos señales correlacionadas en fase o en contrafase, distribuyéndose cada una de las señales correlacionadas por al menos una vía (4a, 4b), siendo las vías (4a, 4b) idénticas,

- medios de conversión analógico-digital (6a, 6b) con 1 bit de las señales correlacionadas en fase o en contrafase, en cada una de las vías (4a, 4b),

- medios de tratamiento digital (7) de las señales convertidas emitidas desde dichas vías (4a, 4b), que incorporan al menos unos medios de operaciones (8) entre dichas señales convertidas en fase o en contrafase,

siendo las vías (4a, 4b) partes electrónicas diferenciadas que introducen ruidos no correlacionados en cada una de las vías (4a, 4b), e incorporando los medios de operaciones (8) unos medios de multiplicación, o unos medios de suma, cuando dichas señales convertidas están en fase, o unos medios de resta cuando dichas señales convertidas están en contrafase, o realizando los medios de operaciones (8) al menos una combinación lineal o una ecualización de las señales convertidas.

2. Cadena de recepción de señales (1) según la reivindicación 1, que incorpora además medios de amplificación (5a, 5b).

3. Cadena de recepción de señales (1) según la reivindicación 2, hallándose dispuestos los medios de amplificación (5a, 5b) entre la interfaz de entrada (2) y los medios de conversión analógico-digital (6a, 6b).

4. Cadena de recepción de señales (1) según una cualquiera de las reivindicaciones 2 ó 3, realizando los medios de amplificación (5a, 5b) una amplificación lineal o no lineal, tal como una amplificación con saturación.

5. Cadena de recepción de señales (1) según una cualquiera de las reivindicaciones 2 a 4, teniendo los medios de amplificación (5a, 5b) una ganancia constante.

6. Cadena de recepción de señales (1) según una de las reivindicaciones precedentes, incorporando los medios de multiplicación (8) al menos una puerta O-exclusiva cuando la señal recibida es transformada en dos señales correlacionadas.

7. Cadena de recepción de señales (1) según la reivindicación 6, siendo la salida de la puerta O-exclusiva de los medios de multiplicación (8) una salida inversora cuando están en fase las dos señales correlacionadas.

8. Cadena de recepción de señales (1) según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, siendo asíncronos los medios de conversión analógico-digital (6a, 6b).

9. Cadena de recepción de señales (1) según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, incorporando los medios de conversión analógico-digital (6a, 6b) al menos un comparador.

10. Cadena de recepción de señales (1) según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, incorporando la interfaz de entrada (2) al menos una antena (3).

11. Cadena de recepción de señales (1) según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, incorporando la interfaz de entrada (2) al menos una antena (3a, 3b) para cada una de las vías (4a, 4b).

12. Cadena de recepción de señales (1) según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10, distribuyendo la interfaz de entrada (2) la señal recibida por cada una de las vías (4a, 4b).

13. Cadena de recepción de señales (1) según la reivindicación 10, incorporando la interfaz de entrada (2) al menos un amplificador diferencial de bajo ruido (10) que comprende al menos dos entradas diferenciales (11, 12), estando la primera (11) conectada a la antena (3) y la segunda (12) a un potencial nulo (13), tal como una masa, y al menos una salida para cada una de las vías (4a, 4b).

14. Cadena de recepción de señales (1) según la reivindicación 13, estando la segunda entrada diferencial (12) conectada al potencial nulo (13) por mediación de al menos una impedancia (14).

15. Cadena de recepción de señales (1) según la reivindicación 10, incorporando la interfaz de entrada (2) al menos un transformador balún (15) que comprende un primario (16) conectado entre la antena (3) y un potencial nulo (13), tal como una masa, y un secundario (17) conectado a las vías (4a, 4b).

16. Cadena de recepción de señales (1) según la reivindicación 15, estando el primario (16) conectado al potencial nulo (13) por mediación de al menos una impedancia (14).

17. Cadena de recepción de señales (1) según una cualquiera de las reivindicaciones 14 ó 16, siendo la impedancia (14) igual a la impedancia equivalente de la antena (3).

18. Cadena de recepción de señales (1) según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, incorporando la interfaz de entrada (2) al menos un amplificador de bajo ruido (9a, 9b).

19. Cadena de recepción de señales (1) según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, incorporando los medios de tratamiento digital (7), después de los medios de operaciones (8), unos medios de filtración (18), tales como un filtro paso banda, y/o unos medios de muestreo (19), y/o unos medios de filtración dinámicamente adaptados (20).

20. Cadena de recepción de señales (1) según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, incorporando los medios de tratamiento digital (7), después de los medios de operaciones (8), una vía de comunicación (25) para un tratamiento de los datos transmitidos y una vía de localización (26) para medir una distancia que media entre la cadena de recepción y un emisor de la señal recibida.

21. Cadena de recepción de señales (1) según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, incorporando los medios de tratamiento digital (7), para el tratamiento de los datos transmitidos, al menos un filtro integrador (21), y/o al menos un filtro de integraciones coherentes (22), y/o medios de desmodulación y de sincronización (23).

22. Cadena de recepción de señales (1) según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, incorporando los medios de tratamiento digital (7), para medir una distancia que media entre la cadena de recepción (1) y un emisor de la señal recibida, unos medios de selección de muestras de la señal recibida (27), y/o al menos un filtro de integraciones coherentes (28).

23. Cadena de recepción de señales (1) según la reivindicación 22, cuando los medios de tratamiento digital (7) incorporan medios de desmodulación y de sincronización (23), hallándose los medios de selección de muestras de la señal recibida (27) conectados a dichos medios de desmodulación y de sincronización (23).

24. Procedimiento de recepción de señales, que comprende las etapas de:

- recepción de una señal,

- transformación de la señal recibida en al menos dos señales correlacionadas en fase o en contrafase,

- distribución de cada señal correlacionada por al menos una vía (4a, 4b), siendo las vías (4a, 4b) idénticas,

- conversión analógico-digital con 1 bit de las señales correlacionadas en fase o en contrafase, en cada una de las vías (4a, 4b),

- realización de al menos una operación entre las señales convertidas emitidas desde dichas vías (4a, 4b),

siendo las vías (4a, 4b) partes electrónicas diferenciadas (6a, 6b) que introducen ruidos no correlacionados en cada una de las vías (4a, 4b) y comprendiendo la operación entre las señales convertidas al menos una multiplicación, o al menos una suma cuando dichas señales están en fase, o al menos una resta cuando dichas señales correlacionadas están en contrafase, o al menos una combinación lineal de las señales o al menos una ecualización de las señales.

25. Procedimiento de recepción de señales según la reivindicación 24, que comprende además una etapa de amplificación de las señales correlacionadas.

26. Procedimiento de recepción de señales según la reivindicación 25, llevándose a cabo la amplificación entre la etapa de distribución de cada señal correlacionada por al menos una vía (4a, 4b) y la etapa de conversión analógico-digital en 1 bit de las señales correlacionadas.

27. Procedimiento de recepción de señales según una cualquiera de las reivindicaciones 25 ó 26, siendo la amplificación de las señales correlacionadas una amplificación lineal o no lineal, tal como una amplificación con saturación, y/o de ganancia constante.

28. Procedimiento de recepción de señales según una cualquiera de las reivindicaciones 25 a 27, que comprende al menos una etapa suplementaria de amplificación de bajo ruido en al menos una de las vías (4a, 4b) antes de la etapa de amplificación de las señales correlacionadas.

29. Procedimiento de recepción de señales según una cualquiera de las reivindicaciones 24 a 28, que comprende, después de la etapa de operación entre las señales convertidas, al menos una etapa de filtración, tal como una filtración paso banda, y/o al menos una etapa de muestreo, y/o al menos una etapa de filtración dinámicamente adaptada.

30. Procedimiento de recepción de señales según una cualquiera de las reivindicaciones 24 a 29, que comprende, después de la etapa de operación entre las señales convertidas, al menos una etapa de distribución de la señal obtenida por al menos una vía de comunicación (25) y al menos una vía de localización (26).

31. Procedimiento de recepción de señales según una cualquiera de las reivindicaciones 24 a 30, siendo asíncrona la conversión analógico-digital.

32. Procedimiento de recepción de señales según una cualquiera de las reivindicaciones 24 a 31, que comprende, para el tratamiento de los datos transmitidos, al menos una etapa de integración de la señal multiplicada, y/o al menos una etapa de integraciones coherentes, y/o al menos una etapa de desmodulación y de sincronización.

33. Procedimiento de recepción de señales según una cualquiera de las reivindicaciones 24 a 32, que comprende, para medir una distancia que media entre una cadena de recepción (1) que pone en práctica dicho procedimiento de recepción y un emisor de la señal recibida, al menos una etapa de selección de muestras de la señal recibida, y/o al menos una etapa de integraciones coherentes.