Códigos de ensanchamiento caóticos y generación de los mismos.

Procedimiento de generación de un conjunto de códigos de ensanchamiento,

que comprende las etapassiguientes:

determinar un primer y segundo códigos de ruido pseudoaleatorios caóticos, presentando dicho primer y segundocódigos funciones de autocorrelación de tipo pico delta, es decir, funciones de autocorrelación que adoptan un valorde 0 o próximo a 0 para todos los retardos diferentes de 0, y una función de correlación cruzada baja, es decir, unafunción de correlación cruzada que adopta un valor de 0 o próximo a 0 para todos los retardos;

estando caracterizado dicho procedimiento porque además unos códigos de ruido pseudoaleatorios adicionales sondeterminados realizando las etapas siguientes:

(a) generar un código de ruido pseudoaleatorio adicional calculandoen la que k representa un índice entero positivo, Dk representa el código de ruido pseudoaleatorio adicional quese genera, C1 representa el primer código, C2 representa el segundo código, F representa una función binariabasada en operaciones binarias básicas y Tk representa el operador que aplica un desplazamiento cíclico de kposiciones de chip al código;

(b) añadir el código Dk al conjunto de códigos de ruido pseudoaleatorios ya determinados si dicho código presentauna autocorrelación de tipo pico delta y funciones de baja correlación cruzada con los códigos de ruidopseudoaleatorios ya determinados;

(c) rechazar el código Dk si no se cumplen las condiciones para su adición al conjunto de códigos de ruidopseudoaleatorios determinados de la etapa (b);

(d) modificar el índice k y repetir las etapas (a)-(d) hasta que el número cardinal del conjunto de códigos de ruidopseudoaleatorios determinados alcance el número cardinal del conjunto de códigos de ensanchamiento quedebe ser generado.

Codigos de ensanchamiento caoticos y generacion de los mismos. 5 Campo técnico La presente invencion se refiere a codigos de ensanchamiento caoticos, en particular a un procedimiento para generar un conjunto de codigos de ensanchamiento caoticos que presentan propiedades de autocorrelacion y correlacion cruzada adecuadas para los sistemas de navegacion por satelite y los sistemas de comunicacion COMA. Antecedentes de la técnica La radionavegacion por satelite ofrece servicios de posicionamiento de gran alcance y precision y garantia de fiabilidad, gracias a las tecnologias de vanguardia adoptadas por el sistema GPS. Oentro de algunos anos, dichas tecnologias se perfeccionaran mediante la introduccion de la Constelacion europea de navegacion por satelite Galileo, una iniciativa lanzada por la Union Europea y la Agencia Espacial Europea (ESA, por sus siglas en ingles) . Se espera que la constelacion Galileo junto con el venidero sistema GPS III de tercera generacion aseguren una cobertura mas amplia y unos servicios de informacion temporal y posicionamiento mas precisos. Sin embargo, para asegurar el exito de dichos servicios, es necesario reconsiderar cuidadosamente diferentes parametros de las senales de navegacion, tales como el sistema de modulacion, la estructura del mensaje de navegacion y el diseno de los codigos de ensanchamiento. El uso de los codigos de ensanchamiento hace que las senales parezca que tengan caracteristicas de banda ancha y de ruido. Es este hecho concreto el que determina que sea dificil interceptar e inhibir dichas senales, y que sea improbable que estas interfieran con senales de banda estrecha. Por consiguiente, los codigos de ensanchamiento desempenan un papel importante para garantizar una transmision fiable y segura, sin generar interferencias significativas con otras senales. En la transmision de acceso multiple de espectro ensanchado, tal como el acceso multiple por division de codigo de secuencia directa (O-COMA) y los sistemas de navegacion por satelite, se asignan codigos diferentes a las senales diferentes y el receptor recupera la senal de usuario deseada utilizando la informacion del correspondiente codigo de ensanchamiento. Es deseable que estos codigos de ensanchamiento presenten autocorrelaciones de tipo pico delta para obtener una sincronizacion precisa y baja correlacion cruzada a fin de reducir las interferencias cocanal. Las secuencias de registro de desplazamiento con retroalimentacion lineal (LFSR, por sus siglas en ingles) son los codigos binarios pseudoaleatorios mas conocidos y estudiados en la bibliografia especializada y son de uso generalizado en diversas aplicaciones, tales como los sistemas OS-COMA y de navegacion por satelite. Con respecto al futuro sistema de navegacion por satelite Galileo, se plantea la necesidad de generar nuevos codigos ademas de los codigos de referencia descritos en el documento SIS IOC [1] y analizados en el documento Phase C0 [2]. Para analizar los codigos de referencia, es necesario efectuar una comparacion directa con otros codigos y conjuntos de codigos. La mayor parte de los codigos descritos previamente, tales como los codigos Galileo E5, experimentan problemas debido al truncamiento de su longitud maxima. Por lo tanto, deberian generarse codigos cuya longitud maxima no este restringida al valor 2N-1, para ciertos valores de N. Se han propuesto muchos codigos que, teoricamente, pueden ofrecer mejores resultados que los codigos basados en registros de desplazamiento con retroalimentacion lineal estandar. Por consiguiente, merece la pena investigar estos codigos 45 como potenciales alternativas a los codigos de referencia, y tomar en consideracion el empleo de estos en una arquitectura Galileo flexible. Los codigos de referencia Galileo son secuencias de memoria o secuencias de longitud maxima combinadas y truncadas (secuencias m) . Sin lugar a dudas, las secuencias m son faciles de generar y poseen un comportamiento de autocorrelacion perfecto. No obstante, aparte del moderado rendimiento de correlacion cruzada habitual en las secuencias m, el procedimiento de truncamiento, necesario para obtener la longitud de codigo deseada, anula el comportamiento de autocorrelacion perfecto de dichas secuencias e incide negativamente en su rendimiento. Por el contrario, los codigos de memoria pueden optimizarse para mejorar el rendimiento, aunque son dificiles de integrar en un chip y de generar en tiempo real y, por este motivo, deben almacenarse en memoria. Por consiguiente, la 55 investigacion de sistemas alternativos, tales como los codigos caoticos, que podrian ofrecer mejor rendimiento y mas facilidad de implementacion, despertaria por supuesto el interes de la comunidad de tecnologias de espectro ensanchado. Uno de los problemas de los codigos pseudoaleatorios es su generacion. Los codigos de ruido pseudoaleatorio (PRN, por sus siglas en ingles) generados mediante procesadores de senales digitales tienden a ser periodicos debido a la naturaleza digital de los procesadores. En los ultimos anos, la utilizacion de generadores caoticos para crear codigos de ensanchamiento en los sistemas de espectro ensanchado [3-5] ha suscitado gran interes. La simplicidad de estos generadores, la aperiodicidad de las senales caoticas, su sensibilidad a las condiciones iniciales y su flexibilidad desde el punto de vista de la longitud hacen que la utilizacion de estos generadores, por ejemplo en 65 la tecnologia de comunicacion por satelite o la tecnologia de la comunicacion, genere gran interes. Estos codigos caoticos brindan los beneficios de una implementacion sencilla, apariencia de banda ancha y ruido, mayor privacidad de la transmision, especialmente con respecto a las secuencias m y las secuencias Gold estandar, y resistencia a las imperfecciones del canal, tales como la propagacion por trayectorias multiples y las interferencias intencionadas [3, 4]. Ademas, la inclusion de implementaciones de codigos caoticos que no se basan en registros de desplazamiento permite generar codigos de ensanchamiento de longitud arbitraria sin necesidad de truncar. En resultados recientes [5, -10], se ha demostrado que es posible crear, de manera solida y eficaz, generadores de codigos de ensanchamiento adecuados basados en mapas caoticos, en hardware digital. El alto rendimiento de dichos mapas se ha investigado en el documento [11], donde se ha demostrado asimismo como se pueden modificar los mapas para obtener propiedades de correlacion casi ideales. Ademas, en los documentos [º -10] se da a conocer el concepto de la utilizacion de secuencias caoticas con bits finitos por medio de un registro de desplazamiento con retroalimentacion lineal, y en el documento [11] se describe un metodo algoritmico para disenar una secuencia m decimal con una funcion de autocorrelacion determinada.

No obstante, estos estudios solo son adecuados para secuencias de longitud maxima y no son adecuados para codigos de longitud arbitraria como los del sistema Galileo. En realidad, se han realizado exhaustivas simulaciones, en las que se han generado y evaluado numerosos conjuntos caoticos, basados en los estudios anteriores. A pesar del buen comportamiento de autocorrelacion de dichos codigos caoticos, el proceso aleatorio utilizado en la seleccion de estos codigos da por resultado un rendimiento de correlacion cruzada deficiente e inadmisible. Ademas, aunque los procedimientos Gold y Kasami han podido vencer este inconveniente, no son capaces de ofrecer un rendimiento de correlacion cruzada satisfactorio, puesto que ambos procedimientos fueron disenados inicialmente para secuencias m en lugar de codigos caoticos. En el documento "Oesign of a new class of spreading sequence using chaotic dynamical systems for asynchronous OS-COMA applications" de A. Mirzaee et al., se presenta un procedimiento para generar codigos de ensanchamiento, en el que se aplican M valores semilla elegidos al azar como puntos iniciales de las funciones de mapas caoticos. Las secuencias obtenidas de esta forma se cuantifican segun diferentes procedimientos. Entre las secuencias cuantificadas, se selecciona la que posee el mejor factor de calidad, y se repite el procedimiento.

Objetivo de la invención El objetivo de la presente invencion es proponer un procedimiento de generacion de un conjunto de codigos de ensanchamiento que supere los problemas mencionados anteriormente. Este objetivo se alcanza mediante el procedimiento segun la reivindicacion 1.

Descripción general de la invención El procedimiento de generacion de un conjunto de codigos de ensanchamiento empieza con la determinacion de un primer y un segundo codigos de ruido pseudoaleatorios caoticos (codigos semilla) de la longitud deseada, que presentan funciones de autocorrelacion de tipo pico delta y una funcion de correlacion cruzada baja. Aunque el significado de los ultimos terminos sera evidente... [Seguir leyendo]

1. Procedimiento de generacion de un conjunto de codigos de ensanchamiento, que comprende las etapas siguientes:

determinar un primer y segundo codigos de ruido pseudoaleatorios caoticos, presentando dicho primer y segundo codigos funciones de autocorrelacion de tipo pico delta, es decir, funciones de autocorrelacion que adoptan un valor de 0 o proximo a 0 para todos los retardos diferentes de 0, y una funcion de correlacion cruzada baja, es decir, una funcion de correlacion cruzada que adopta un valor de 0 o proximo a 0 para todos los retardos;

estando caracterizado dicho procedimiento porque ademas unos codigos de ruido pseudoaleatorios adicionales son determinados realizando las etapas siguientes:

(a) generar un codigo de ruido pseudoaleatorio adicional calculando 15

en la que k representa un indice entero positivo, Ok representa el codigo de ruido pseudoaleatorio adicional que se genera, C1 representa el primer codigo, C2 representa el segundo codigo, F representa una funcion binaria basada en operaciones binarias basicas y Tk representa el operador que aplica un desplazamiento ciclico de k posiciones de chip al codigo;

(b) anadir el codigo Ok al conjunto de codigos de ruido pseudoaleatorios ya determinados si dicho codigo presenta una autocorrelacion de tipo pico delta y funciones de baja correlacion cruzada con los codigos de ruido 25 pseudoaleatorios ya determinados;

(c) rechazar el codigo Ok si no se cumplen las condiciones para su adicion al conjunto de codigos de ruido pseudoaleatorios determinados de la etapa (b) ;

(d) modificar el indice k y repetir las etapas (a) - (d) hasta que el numero cardinal del conjunto de codigos de ruido pseudoaleatorios determinados alcance el numero cardinal del conjunto de codigos de ensanchamiento que debe ser generado.

2. Procedimiento segun la reivindicacion 1, en el que dicho primer codigo de ruido pseudoaleatorio caotico es determinado generando un conjunto preliminar de codigos de ruido pseudoaleatorios caoticos basados en un mapa caotico iterativo y seleccionando, como dicho primer codigo de ruido pseudoaleatorio caotico, el codigo de dicho conjunto preliminar que presenta la mejor funcion de autocorrelacion de tipo pico delta de entre los codigos de dicho conjunto preliminar.

3. Procedimiento segun la reivindicacion 2, en el que dicho segundo codigo de ruido pseudoaleatorio caotico se determina seleccionando de dicho conjunto preliminar un codigo que presenta una autocorrelacion de tipo pico delta y cuya correlacion cruzada con dicho primer codigo de ruido pseudoaleatorio caotico presenta solo un pico predominante para un cierto retardo, en lo sucesivo designado con L, correspondiendo dicho retardo preferentemente a aproximadamente la mitad de la longitud del codigo, dando la vuelta a la posicion de los primeros 45 L chips del codigo seleccionado y manteniendo el resto de chips del codigo seleccionado.

4. Procedimiento segun la reivindicacion 2, en el que dicho mapa caotico iterativo es un mapa de tienda de campana o un mapa de desplazamiento dividido o un mapa de Bernoulli de n vias.

50 5. Procedimiento segun cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en el que dicha funcion binaria se basa en desplazar y/o dar la vuelta y/o invertir.

6. Procedimiento segun la reivindicacion 2, en el que la generacion de dicho conjunto preliminar de codigos de ruido pseudoaleatorios caoticos comprende la emulacion de dicho mapa caotico mediante un registro de desplazamiento 55 con retroalimentacion lineal extendido.

º. Soporte de almacenamiento que tiene almacenados un conjunto de codigos de ensanchamiento obtenidos a partir del procedimiento segun cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6.

60 º. Soporte de almacenamiento que tiene almacenadas instrucciones ejecutables por un ordenador para la implementacion del procedimiento segun cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6.

º. Uso del conjunto de codigos de ensanchamiento obtenidos con el procedimiento segun cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6 en un sistema COMA o un sistema de navegacion por satelite.

11 12 13 14 15 16 1º 1º 1º