Un sistema inalámbrico de comunicaciones de espectro ampliado (14) para transmitir datos,

que comprende: una pluralidad de transmisores (40) de punto final configurados para transmitir datos a través de una señal (20) de espectro ampliado por salto de frecuencia, siendo la señal de transmisión enviada sin la ventaja de la estabilización de frecuencia; y al menos un receptor (42) responsable de las señales de espectro ampliado por salto de frecuencia, incluyendo cada receptor un correlacionador configurado para muestrear al menos una primera parte de un preámbulo de la señal y correlacionar la parte del preámbulo con un patrón de preámbulo conocido para determinar una probabilidad de correlación, caracterizado por una máquina FFT (52) configurada para aplicar un algoritmo a la señal en respuesta a la probabilidad de correlación para seguir o rastrear una frecuencia de banda estrecha de la señal basada en al menos una segunda parte del preámbulo y para decodificar los datos codificados dentro de la señal que sigue al preámbulo; en el que la máquina FFT está configurada para operar en datos muestreados para producir múltiples contenedores, correspondiendo cada contenedor a una frecuencia en banda estrecha diferente dentro de la señal; y en el que el correlacionador está configurado para correlacionar treinta y cuatro de cuarenta bits en el preámbulo (32), de forma que los últimos seis bits se usen para encontrar el contenedor del canal objetivo

CAMPO DEL INVENTO

El presente invento se refiere a sistemas de radio de espectro ampliado por saltos de frecuencia, y más particularmente a un sistema de radio de espectro ampliado que utiliza un receptor que sigue o rastrea y sincroniza con frecuencia inestable señales de espectro ampliado por saltos de frecuencia a partir de una multitud de transmisores de punto final de bajo coste como los usados, por ejemplo, en sistemas automáticos inalámbricos de lectura de contadores.

ANTECEDENTES DEL INVENTO

Los sistemas automáticos inalámbricos de lectura de contadores son bien conocidos. Normalmente, cada contador de servicios está provisto de un codificador alimentado por baterías que recoge lecturas de contadores y periódicamente las transmite por medio de una red inalámbrica a una estación central. Las limitaciones de potencia impuestas por la necesidad de que el codificador sea alimentado por baterías y por reglamentaciones que controlan las transmisiones de radio impiden de forma efectiva las transmisiones de radio directas a la estación central. En lugar de ello, los sistemas inalámbricos de lectura de contadores normalmente utilizan una red por capas de estaciones receptoras intermedias solapadas que reciben transmisiones de un grupo de codificadores de contadores y envían estos mensajes a la siguiente capa superior en la red, como se ha descrito, por ejemplo, en la Patente de EEUU Nº

5.056.107. Estos tipos de redes de transmisión inalámbrica por capas consideran el uso de transmisores inalámbricos de baja potencia sin autorización en los miles de transmisores de codificador de punto final que tienen que ser desplegados como parte de un sistema de lectura de contadores de servicios de un área metropolitana amplia.

En 1985, como un intento de estimular la producción y el uso de productos de red inalámbrica, la FCC modificó la Parte 15 de la reglamentación del espectro de radio, que controla los dispositivos sin autorización. La modificación autorizaba a los productos de red inalámbrica a operar en las bandas industriales, científicas y médicas (ISM) que usan modulación de espectro ampliado. Las frecuencias ISM que pueden usarse incluyen 902 a 928 MHz, 2,4 a 2,4835 GHz y 5,725 a 5,850 GHz. La FCC permite a los usuarios operar con productos inalámbricos de espectro ampliado, tales como sistemas de medición de servicios, sin obtener autorización de FCC si los productos cumplen ciertas exigencias. Esta desregulación del espectro de frecuencias elimina la necesidad de que las organizaciones de usuarios realicen una planificación de frecuencias costosa en tiempo y dinero para coordinar instalaciones de radio que eviten interferencias con los sistemas de radio existentes.

Los moduladores de espectro ampliado usan uno o dos métodos para ampliar la señal sobre un área más ancha. El primer método es el del espectro ampliado de secuencia directa, o DSSS, en tanto que el segundo es el espectro ampliado por saltos de frecuencia, o FHSS. El DSSS combina una señal de datos en la estación emisora con una secuencia de bits de velocidad de datos más alta, a la que muchos denominan un código de chip (también conocido como una ganancia de procesamiento). Una alta ganancia de procesamiento incrementa la resistencia de las señales a la interferencia. El FHSS, por otra parte, depende de la distribución de una señal de datos aleatoriamente saltados a lo largo de varios canales de frecuencia definidos para evitar interferencias.

El FHSS opera tomando la señal de datos y modulándola con una señal portadora que salta de frecuencia en frecuencia como una función del tiempo en una banda ancha de frecuencias. Con el FHSS la frecuencia de la portadora cambia periódicamente. La técnica de salto de frecuencia reduce la interferencia debido a que una señal de interferencia de un sistema de banda estrecha afectará solamente a la señal de espectro ampliado si ambas están transmitiendo en la misma frecuencia y al mismo tiempo. De este modo, la interferencia añadida será muy baja, dando lugar a pocos o ningún error.

Un código de salto determina las frecuencias que el transmisor FHSS va a transmitir y en qué orden. Para recibir la señal apropiadamente el receptor FHSS convencionalmente está fijado en el mismo código de salto y escucha la señal entrante en el mismo momento y corrige la frecuencia. No obstante, con el fin de que este enfoque sea efectivo, tanto el transmisor FHSS como el receptor FHSS tienen que estar sincronizados entre sí en el mismo patrón de código de salto y tienen que estar siguiendo p rastreando en la misma frecuencia.

La sincronización tiene que ser realizada sincronizando el transmisor y receptor FHSS y en el momento como se ha descrito, por ejemplo, en la Patente de EEUU Nº 5.386.435, pero esto requiere unos relojes extremadamente precisos tanto en el transmisor y en el receptor FHSS o el uso de algún canal externo usado para sincronizar los relojes. Más convencionalmente, se usa un preámbulo codificado al principio de cada transmisión para sincronizar el transmisor y el receptor FHSS. La Patente de EEUU Nº 6.052.406 describe un sistema FHSS que utiliza un correlacionador para sincronizar un flujo de datos entrantes muestreados con un patrón de sincronización conocido al mismo tiempo que un ajuste de fase divide el flujo de datos muestreados en unas secuencias muestreadas primera y segunda. La Patente de EEUU Nº 6.052.407 describe el sistema FHSS para un sistema de teléfono inalámbrico que constituye una tabla de datos de energía del espectro de transmisiones en el tiempo y usa esta tabla de datos para correlacionar además las señales que llegan para determinar la sincronización con el patrón de salto de frecuencia. La Patente de EEUU Nº 6.178.193 describe una disposición que usa un cálculo de potencia correlacionado de periodos de desvanecimiento para ajustar el nivel de potencia de transmisión de un transmisor FHSS para conseguir una mejor sincronización.

El seguimiento o rastreo de las transmisiones FHSS convencionalmente ha dependido de la estabilidad de la frecuencia transmitida. Generalmente, un transmisor se desplazará o tendrá una deriva de la frecuencia a lo largo del tiempo debido a envejecimiento o a cambios de temperatura o de voltaje. Tradicionalmente se han incorporado circuitos de estabilización de la frecuencia al nivel del transmisor FHSS con el fin de controlar y ajustar cualquier deriva de la frecuencia. Los sintetizadores, tal como un bucle de enganche de fase (PLL), se usan para controlar o estabilizar la frecuencia de salida del transmisor como se ha descrito, por ejemplo, en la Patente de EEUU Nº 5.940.428. Cada señal modulada atraviesa estos circuitos antes de la transmisión. Desafortunadamente, tales circuitos PLL producen un consumo de potencia no deseado y añaden unos costes importantes al transmisor FHSS. Por ejemplo, en un sistema inalámbrico de lectura de contadores, en el que el coste y la potencia de la batería son problemas importantes, estas consecuencias no deseadas de los circuitos de estabilización pueden significar un obstáculo importante para la fabricación y diseño del sistema.

Es posible eliminar los circuitos del sintetizador al nivel del transmisor FHSS. La tecnología convencional ajusta este desplazamiento de frecuencia de la señal del transmisor incrementando la anchura de banda de la frecuencia intermedia (IF) del receptor FHSS para adaptarse a la deriva de la frecuencia. Sin embargo, esta solución disminuye la sensibilidad del receptor FHSS según aumenta la anchura de banda IF del receptor FHSS. En transmisiones de baja potencia de un sistema FHSS es esencial la sensibilidad del receptor con el fin de ser capaz de extraer las señales FHSS débiles del ruido de fondo.

La Patente de EEUU Nº 6.188.715 describe un sistema FHSS para transmisores de sensores múltiples que transmiten intermitentemente mensajes de estado muy cortos. El receptor FHSS utiliza una Transformación de Fourier Rápida (FFT) para detectar la potencia de la portadora transmitida en varias frecuencias diferentes con el fin de mejorar la sincronización y la adquisición de señales. Una vez que la FFT determina qué frecuencia contiene una señal de interés procedente de la señal FHSS de banda ancha el receptor FHSS sintoniza uno o más receptores de frecuencia de banda estrecha usando un filtro de respuesta de impulsos finitos (FIR) programable digitalmente en respuesta a la salida de la FFT y al estado de los registros de tiempo y frecuencia que representan el código de salto de frecuencia. En tanto que esta disposición puede mejorar la sincronización, el uso de receptores de frecuencia...

1. Un sistema inalámbrico de comunicaciones de espectro ampliado (14) para transmitir datos, que comprende:

una pluralidad de transmisores (40) de punto final configurados para transmitir datos a través de una señal (20) de espectro ampliado por salto de frecuencia, siendo la señal de transmisión enviada sin la ventaja de la estabilización de frecuencia; y al menos un receptor (42) responsable de las señales de espectro ampliado por salto de frecuencia, incluyendo cada receptor un correlacionador configurado para muestrear al menos una primera parte de un preámbulo de la señal y correlacionar la parte del preámbulo con un patrón de preámbulo conocido para determinar una probabilidad de correlación, caracterizado por una máquina FFT (52) configurada para aplicar un algoritmo a la señal en respuesta a la probabilidad de correlación para seguir o rastrear una frecuencia de banda estrecha de la señal basada en al menos una segunda parte del preámbulo y para decodificar los datos codificados dentro de la señal que sigue al preámbulo; en el que la máquina FFT está configurada para operar en datos muestreados para producir múltiples contenedores, correspondiendo cada contenedor a una frecuencia en banda estrecha diferente dentro de la señal; y en el que el correlacionador está configurado para correlacionar treinta y cuatro de cuarenta bits en el preámbulo (32), de forma que los últimos seis bits se usen para encontrar el contenedor del canal objetivo.

2. El sistema (14) de la reivindicación 1 en el que la máquina FFT suma una pluralidad de valores de chip en cada contenedor frente a los valores de chip esperados para determinar un contenedor que tiene un valor más alto que el de la frecuencia de banda estrecha que contiene la señal (20) de datos codificados.

3. El sistema (14) de la reivindicación 1 en el que se evalúa una intensidad de la señal (20) suministrada al correlacionador, y si la intensidad de la señal (20) suministrada al correlacionador es lo suficientemente fuerte para realizar una decodificación de los datos codificados dentro de la señal (20) que sigue al preámbulo

(32) el procesador (52) de señales no usa el algoritmo FFT para decodificar los datos codificados dentro de la señal (20) que sigue al preámbulo (32).

4. El sistema (14) de la reivindicación 1 en el que el correlacionador muestrea los datos usando un convertidor analógico-digital de 12 bits conectado a un indicador de Intensidad de la Señal Recibida, RSSI.

5. El sistema (14) de la reivindicación 4 que además comprende: un mezclador

(74) que recibe la señal y mezcla la señal (20) con una señal base para producir una frecuencia intermedia que es suministrada como la señal al correlacionador y al procesador de señales (52).

6. El sistema (14) de la reivindicación 1 en el que el correlacionador muestrea al menos el sesenta y seis por ciento, 66%, de una frecuencia de banda ancha para la señal (20).

7. El sistema (14) de la reivindicación 1 en el que el correlacionador se aplica usando el procesador de señales digitales, siendo el procesador de señales digitales suministrado preferiblemente con dos entradas muestreadas, una primera entrada muestreada procedente de un convertidor analógico-digital (64) que opera a una primera velocidad, y una segunda entrada muestreada procedente de un convertidor analógico-digital (66) que opera a una segunda velocidad, en el que la segunda velocidad es más baja que la primera, y que preferiblemente comprende además un circuito detector indicador de intensidad de la señal recibida (RSSI) conectado operativamente a una entrada al segundo convertidor analógico-digital (66).

8. El sistema (14) de la reivindicación 1 en el que el receptor (42) comprende además: un amplificador frontal final conmutable que operativamente recibe las señales y selectivamente atenúa las señales (20) basado en la intensidad de la señal, y un detector lineal (62) acoplado operativamente a una salida del amplificador frontal final y a una entrada del correlacionador.

9. El sistema (14) de la reivindicación 1 en el que la señal (20) es muestreada durante la decodificación de los datos codificados a una velocidad menor del doble de una velocidad de datos de los datos codificados, o en el que la señal (20) es

muestreada durante la decodificación de los datos codificados a intervalos distintos, o en el que la señal (20) es muestreada durante la decodificación de los datos codificados en una parte del centro de un periodo de bit sin muestrear en las partes de borde del periodo de bit, representando preferiblemente la parte del centro el setenta y

5 cinco por ciento, 75%, o menos del periodo de bit.

10. El sistema (14) de la reivindicación 1 en el que el correlacionador (52) opera para establecer una sincronización de bits y una sincronización de trama de los datos codificados en la señal (20), o en el que el procesador de señales (52) inicia el algoritmo solamente cuando la probabilidad de correlación es mayor que un valor umbral, el valor umbral; por ejemplo, siendo establecido sobre la base de un promedio de un número predeterminado de valores de entrada sin analizar.