Sistemas de espectro ensanchado de secuencia directa/salto de frecuencia coherentes y no coherentes con alta eficiencia de potencia y de ancho de banda y método para ellos.

Un sistema de espectro ensanchado híbrido (10) que comprende:

un combinador de señales (14) para recibir una pluralidad de señales de datos codificados de espectroensanchado de secuencia directa ((si(t)) y formar una pluralidad de señales combinadas,

caracterizado por:

un primer conjunto de mezcladores (15a, 15b) para recibir la pluralidad de señales combinadas y al menosdos portadores, y formar al menos una señal de envoltura constante de dos portadores,un segundo conjunto de mezcladores (15c, 15d) para recibir la al menos una señal de envoltura constante dedos portadores y una señal de salto de transmisor y formar una señal de espectro ensanchado híbrido, ylas señales combinadas incluyen

donde si(t) son tres señales de datos codificados de espectro ensanchado separadas;los dos portadores incluyen y ,donde el primer portador está modulado mediantey el segundo portador está modulado medianteyla señal de salto de transmisor incluye una secuencia de tonos que tiene

i) duración Tc, donde Tc es la duración de un chip, y

ii) frecuencias tomadas de un conjunto de 2k valores, donde k es un número de bits de unasecuencia de ruido pseudo-aleatorio, PRN; y

el segundo conjunto de mezcladores incluye un sumador para sumar señales para formar la señal deespectro ensanchado híbrido.

Sistemas de espectro ensanchado de secuencia directa/salto de frecuencia coherentes y no coherentes con alta eficiencia de potencia y de ancho de banda y método para ellos CAMPO TÉCNICO La presente invención se refiere, en general, a las comunicaciones de espectro ensanchado. Más específicamente, la presente invención se refiere a sistemas de espectro ensanchado híbrido, que utilizan operaciones tanto de secuencia directa como de salto de frecuencia El documento US 2005/141594 A1 describe sistemas y métodos para sistemas de radio de espectro ensanchado híbrido. Un método incluye modular una señal utilizando un subconjunto de bits de un generador de código pseudoaleatorio para controlar un circuito de amplificación que proporciona una ganancia a la señal. Otro método incluye: modular una señal utilizando un subconjunto de bits de un generador de código pseudo-aleatorio para controlar un sintetizador de frecuencia de salto rápido; y aplicar a la señal un salto de frecuencia rápido con el sintetizador de frecuencia de salto rápido, donde ocurren saltos de frecuencia múltiple dentro de un tiempo de un solo bit de datos.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN Los sistemas de espectro ensanchado operan ensanchando el espectro de la señal de comunicaciones muy por encima del ancho de banda de la señal no ensanchada. La motivación para utilizar señales de espectro ensanchado se basa en los siguientes hechos: (1) Estos sistemas tienen la capacidad de rechazar una interferencia no intencionada interfiriendo señales de manera que se pueda comunicar información. (2) Las señales de espectro ensanchado minimizan la interferencia con usuarios que compiten puesto que la potencia transmitida está desplegada sobre un gran ancho de banda de frecuencia. (3) Puesto que estas señales no pueden ser fácilmente desmoduladas sin conocer el código y su sincronización precisa, se consigue la privacidad del mensaje. (4) El gran ancho de banda de las señales de espectro ensanchado proporciona tolerancia a la propagación de múltiples rutas.

(5) El Un acceso múltiple o la capacidad de enviar muchas señales independientes sobre la misma banda de frecuencia es posible utilizando técnicas de espectro ensanchado. Los sistemas que emplean métodos de espectro ensanchado para comunicarse de una manera segura y sin interferencias son bien conocidos en el sector.

Los sistemas de espectro ensanchado pueden difundir una señal de comunicaciones utilizando métodos de secuencia directa o de salto de frecuencia. En un sistema de espectro ensanchado de secuencia directa, los bits de datos son modulados con una secuencia de ensanchamiento antes de su transmisión. Cada bit de información es modulado con una serie de chips de la frecuencia ensanchamiento. El número de chips por bit define la ganancia del procesamiento. Un mayor número de chips por bit crea una mayor inmunidad al ruido y a otra interferencia.

La banda ensanchada se consigue por medio de un código que es independiente de los datos, y se utiliza una recepción sincronizada con un código en el receptor para concentrar la señal entrante. En operación, una señal de datos es multiplicada por una secuencia de ruido pseudo-aleatorio (PN – Pseudo-random noise, en inglés) que tiene una velocidad de bits más rápida que la señal de datos para ser transmitida.

Antes de la aplicación del código de ensanchamiento al flujo de bits de información, los bits de información pueden sufrir una serie de operaciones digitales que aumentan más el rendimiento del sistema. Por ejemplo, los bits de información pueden sufrir una codificación diferencial con el fin de tolerar mejor un bloqueo de fase incorrecto en el bucle bloqueado en fase (PLL – Phase Locked Loop, en inglés) del receptor. Los bits de información pueden ser aleatorizados utilizando una larga secuencia de aleatorización con el fin de disminuir más la vulnerabilidad del sistema frente a una interceptación.

Una codificación de espectro ensanchado de secuencia directa puede utilizar codificación por desplazamiento de fase binaria (BPSK – Binar y Phase Shift Keying, en inglés) . En un sistema codificado por desplazamiento de fase, la información es transportada en la fase de la señal. Se utilizan dos fases diferentes para denotar dos valores digitales diferentes. Siempre que la secuencia cambia de un “1” a un “0” ó de un “0” a un “1”, la fase de la señal cambia. Tal sistema se denomina un sistema de BPSK.

Otra forma del espectro ensanchado se denomina espectro ensanchado de salto de frecuencia, en el que la señal de la frecuencia de la portadora se mueve (salta) alrededor en la banda de una manera pseudo-aleatoria. El resultado es un aumento en el ancho de banda efectivo a lo largo del tiempo. Específicamente, en un sistema de espectro ensanchado de salto de frecuencia la frecuencia portadora es desplazada en incrementos discretos en un patrón generado por una secuencia de código. En tal sistema, la frecuencia de la señal permanece constante durante una duración de tiempo especificada, denominada un tiempo de salto. El sistema puede ser un sistema de salto rápido o un sistema de salto lento. En un sistema de salto rápido, el salto de frecuencia ocurre a la velocidad que es mayor que la velocidad de bits del mensaje. En un sistema de salto lento, la velocidad del salto es menor que la velocidad de bits del mensaje. Existe también una situación intermedia en la cual la velocidad del salto y la velocidad de bits del mensaje son del mismo orden de magnitud.

Los sistemas de espectro ensanchado híbrido, que utilizan tanto secuencia directa como salto de frecuencia para ensanchar el espectro original, vienen en diferentes formas y su operación está extensamente descrita en la literatura. Los sistemas de espectro ensanchado que utilizan múltiples portadores son también conocidos en la literatura. Lo que no aparece en ninguna parte de la literatura, sin embargo, es que la señal de salida de los sistemas de espectro ensanchado de múltiples portadores híbrido pueden tener una envoltura constante.

Puesto que un sistema de espectro ensanchado híbrido convencional no transmite una señal que tiene una envoltura constante, presenta carencias. Una carencia importante es una menor eficiencia energética, puesto que un amplificador de alta potencia no puede operar eficientemente cuando la señal de entrada no tiene una envoltura constante. Otra carencia de tal sistema es su baja eficiencia de ancho de banda, puesto que la manera común de incrementar los rendimientos es aumentar el ancho de banda.

La presente invención se dirige a sistemas y métodos para generar señales de espectro ensanchado híbrido, que utilizan tanto secuencia directa como salto de frecuencia, que tienen envolturas constantes.

COMPENDIO DE LA INVENCIÓN Para cubrir ésta y otras necesidades, y con vistas a sus propósitos, la presente invención proporciona un sistema de espectro ensanchado híbrido. El sistema incluye un combinador de señal para (a) recibir una pluralidad de señales de datos codificados de espectro ensanchado y (b) formar una pluralidad de señales combinadas. Un primer conjunto de mezcladores se incluye para (a) recibir la pluralidad de señales combinadas y al menos dos portadores, y (b) formar al menos una señal de envoltura constante de dos portadores. Un segundo conjunto de mezcladores se incluye también para (a) recibir la señal de envoltura constante de al menos dos portadores y una señal de salto de , donde si (t) son tres señales de datos codificados de espectro ensanchado separadas. La señal de salto de transmisor es una secuencia de tonos que tiene (a) una duración T c,

donde Tc es la duración de un chip, y (b) frecuencias tomadas de un conjunto de 2k valores, donde k es un número de bits de una secuencia de ruido pseudo-aleatorio (PRN – Pseudo-Random Noise, en inglés) .

La señal de envoltura constante de dos portadores incluye un primer portador modulado por

y un segundo portador modulado por

. Las si (t) son tres señales de datos codificados de espectro ensanchado separadas. El primer conjunto de mezcladores recibe al menos tres portadores y forma al menos una señal de envoltura constante de al menos tres portadores, y el segundo conjunto de mezcladores recibe la señal de envoltura constante de al menos tres portadores y forma la señal de espectro ensanchado híbrido. El segundo conjunto de mezcladores incluye un sumador para combinar señales extraídas por el segundo conjunto de mezcladores, y un filtro de paso alto (HPF – High Pass Filter, en inglés) Para (a) recibir una señal del sumador y (b) producir una sola banda lateral de la señal de espectro ensanchado híbrido.... [Seguir leyendo]

1. Un sistema de espectro ensanchado híbrido (10) que comprende:

un combinador de señales (14) para recibir una pluralidad de señales de datos codificados de espectro ensanchado de secuencia directa ( (si (t) ) y formar una pluralidad de señales combinadas,

caracterizado por:

un primer conjunto de mezcladores (15a, 15b) para recibir la pluralidad de señales combinadas y al menos dos portadores, y formar al menos una señal de envoltura constante de dos portadores, un segundo conjunto de mezcladores (15c, 15d) para recibir la al menos una señal de envoltura constante de dos portadores y una señal de salto de transmisor y formar una señal de espectro ensanchado híbrido, y las señales combinadas incluyen a)

y

b) 25

donde si (t) son tres señales de datos codificados de espectro ensanchado separadas;

los dos portadores incluyen 30 donde el primer portador está modulado mediante y el segundo portador está modulado mediante 35

y 40 la señal de salto de transmisor incluye una secuencia de tonos que tiene i) duración Tc, donde T c es la duración de un chip, y ii) frecuencias tomadas de un conjunto de 2k valores, donde k es un número de bits de una secuencia de ruido pseudo-aleatorio, PRN; y

el segundo conjunto de mezcladores incluye un sumador para sumar señales para formar la señal de espectro ensanchado híbrido.

2. El sistema de espectro ensanchado híbrido de la reivindicación 1, en el que la pluralidad de señales de datos 50 codificados de espectro ensanchado incluye secuencias de datos codificados diferencialmente modulados mediante secuencia de PRN con velocidades mayores que las velocidades de las secuencias de datos codificados.

3. El sistema de espectro ensanchado híbrido de la reivindicación 1, en el que y

para formar una señal de envoltura constante para la señal de espectro ensanchado híbrido.

4. Un sistema de espectro ensanchado híbrido que comprende una pluralidad de moduladores de codificación por desplazamiento de frecuencia, FSK, (31a, 31b) para formar al menos dos portadores modulados mediante FSK (x (t) , y (t) ) ,

caracterizado por:

un primer conjunto de mezcladores (32a, 32b) para recibir los al menos dos portadores modulados mediante FSK y una pluralidad de códigos de PRN, y formar al menos dos portadores de ensanchamiento directo, un segundo conjunto de mezcladores (32c, 32d) para recibir los al menos dos portadores de ensanchamiento directo y una señal de salto de transmisor, y formar una señal de espectro ensanchado híbrido que tiene una envoltura constante, y

la pluralidad de códigos de PRN incluye a)

y

b)

donde ci (t) son tres códigos de PRN separados;

la señal de salto de transmisor es una secuencia de tonos que tienen una duración T c, donde Tc es la duración de un chip, y frecuencias tomadas de un conjunto de 2k valores, donde k es un número de bits de una secuencia de PRN; y

donde el primer portador está modulado mediante y el segundo portador está modulado mediante 5. El sistema de espectro ensanchado híbrido (10, 30) de la reivindicación 4, en el que el segundo conjunto de 45 mezcladores (15c, 15d; 32c, 32d) incluye un sumador (16; 34) para combinar señales extraídas por el segundo conjunto de mezcladores (15c, 15d; 32c, 32d) , y un filtro de paso alto, HPF, (17, 35) para recibir una señal desde el sumador y producir una sola banda lateral de la señal espectro ensanchado híbrido.

6. El sistema de espectro ensanchado híbrido de la reivindicación 4, en el que y 55

para formar la señal de espectro ensanchado híbrido que tiene la envoltura constante.

7. El sistema de espectro ensanchado híbrido de la reivindicación 4, en el que el primer conjunto de mezcladores forma los siguientes dos portadores de ensanchamiento directo:

donde son frecuencias de centro de FSK fijas; d1 (t) y d2 (t) son señales de datos que tomar los valores ±1;

es un medio de la distancia entre señales de BFSK ortogonales; y T es la duración de un bit de datos.

8. Un método para transmitir una señal de espectro ensanchado híbrido que comprende las etapas de: a) formar al menos dos portadores modulados mediante FSK;

caracterizado por:

b)

i) recibir los al menos dos portadores modulados mediante FSK y una pluralidad de códigos de PRN, y 30 ii) formar al menos dos portadores de espectro ensanchado directo, y

c)

i) recibir los al menos dos portadores de ensanchamiento directo y una señal de salto de transmisor, 35 y ii) formar una señal de espectro ensanchado híbrido que tiene una envoltura constante;

donde la pluralidad de códigos de PRN incluye 40 i)

y

ii)

donde c1 (t) son tres códigos de PRN separados; en el que la señal de salto de transmisor es una secuencia de tonos que tiene i) duración Tc, donde Tc es una duración de chip, y ii) frecuencias tomadas de un conjunto de 2k valores, donde k es un número de bits de una 55 secuencia de PRN;

el primer portador está modulado mediante

5 10 y el segundo portador está modulado mediante y d) filtrar en paso alto la señal de espectro ensanchado híbrido que tiene la sistema, y e) transmitir la señal de espectro ensanchado híbrido filtrada en paso alto de la etapa d) .

15 y

para formar la señal de espectro ensanchado híbrido que tiene la envoltura constante.