RECEPTOR SUPERREGENERATIVO PARA MODULACIONES DE FASE.

Consiste en un receptor superregenerativo que permite la detección de modulaciones de fase.

El núcleo del receptor es un oscilador superregenerativo que realiza las funciones de filtrado y amplificación de cada pulso modulado en fase recibido, preservando su información de fase. Un sistema de muestreo toma un cierto número de muestras de la señal generada en respuesta a cada pulso modulado en fase. Se compara el conjunto de muestras correspondientes al pulso actual con los conjuntos de muestras correspondientes a pulsos anteriores y se obtiene una estimación del dato transmitido. La presente invención consta de las siguientes partes esenciales: un sistema (1) con una entrada correspondiente a la señal modulada en fase (2) y una señal de salida demodulada (3). Sobre el sistema (1) actúa una señal de extinción (4) que actúa sobre el oscilador superregenerativo (10). Sobre el sistema (1) actúa asimismo una señal de reloj (5) que actúa sobre el bloque detector (6).

Receptor superregenerativo para modulaciones de fase.

Sector de la técnica La presente invención está relacionada, en general, con los sistemas de transmisión de datos por radiofrecuencia. Más concretamente, la invención se refiere a la utilización de un oscilador superregenerativo en el terminal receptor para la detección de modulaciones de fase de dos niveles (BPSK) , de cuatro niveles (QPSK) o de múltiples niveles (MPSK) , en cualquiera de sus variantes: de banda estrecha, de espectro ensanchado o de banda ultra ancha.

Los osciladores superregenerativos se utilizan en receptores de radio de corto alcance gracias a su gran sencillez, bajo coste y reducido consumo de potencia. Algunos ejemplos de aplicación son: sistemas de control remoto, sistemas de telemetría de corta distancia y sistemas de transmisión de voz. Habitualmente, los fabricantes de este tipo de receptores persiguen en sus diseños la obtención de un consumo de potencia muy reducido así como la fabricación masiva a un bajo coste unitario.

Por otro lado, existe una creciente utilización de radioenlaces de datos de corto alcance, como parte de redes de área local inalámbricas (WLAN) y sistemas de comunicación personal (WPAN) , que requiere el uso de terminales portátiles de tamaño, peso y consumo reducidos. Los estándares que regulan este tipo de comunicaciones utilizan frecuentemente las bandas de radiofrecuencia conocidas como ISM (industrial, scientific and medical) en las que es posible transmitir sin necesidad de licencia. Las modulaciones de fase son de amplia utilización en estos tipos de sistemas, gracias a que permiten un uso eficiente de la potencia de señal transmitida y, por consiguiente, una tasa de error de bit menor a igualdad de potencia transmitida. Por otro lado, y con el objetivo de maximizar las posibilidades de utilización del espectro radioeléctrico disponible, los nuevos estándares tienden a utilizar nuevas técnicas, de espectro ensanchado o de banda ultra-ancha, que persiguen diferenciarse lo más posible de las convencionales de banda estrecha, con el objetivo de proporcionar una serie de ventajas como son: mayor privacidad, mayor resistencia a interferencias y, especialmente, menor interferencia causada a otros enlaces para permitir así la coexistencia de múltiples sistemas.

La presente invención se caracteriza porque permite combinar las características propias de los osciladores superregenerativos, en términos de coste y consumo de potencia, con las ventajas inherentes a las comunicaciones que utilizan modulación de fase, tanto de banda estrecha, de espectro ensanchado como de banda ultra ancha.

Estado de la técnica La utilización de modulaciones de fase en sistemas de comunicación tiene como ventaja el hecho de que permite un uso más eficiente de la potencia de señal transmitida. En contrapartida, requiere habitualmente en recepción una arquitectura coherente, lo que conlleva una complejidad y un coste del receptor mayores. Entre los receptores mássimples conocidos están los de tipo superregenerativo. Éstos se han utilizado tradicionalmente para la recepción de señales moduladas en amplitud, por la simplicidad asociada a la generación y recepción de este tipo de señales, y eventualmente en la recepción de modulaciones de frecuencia. Sin embargo, apenas se conocen estructuras superregenerativas que permitan la detección de modulaciones de fase. Un ejemplo es la estructura propuesta por investigadores de la Universidad Carlos III [Her-02], sin que ésta se haya llegado a implementar por completo en un receptor que funcione de forma totalmente autónoma. Otras realizaciones destacadas son [Pal-09a] y la patente de Palà y otros (2011) , donde se presentan arquitecturas para la detección de señales binarias de fase (BPSK) . La presente invención utiliza una arquitectura alternativa capaz de detectar modulaciones de fase multinivel y se caracteriza por ser muy simple, ofrecer un bajo coste y un consumo de potencia reducido, y permitir la operación totalmente autónoma como parte de un receptor.

El oscilador superregenerativo fue presentado por Armstrong en 1922 [Arm-22] como parte de un receptor y, desde entonces, ha sido utilizado en aplicaciones diversas. Durante la década de 1930 fue ampliamente usado por radioaficionados como un receptor de onda corta económico. Diversos sistemas de tipo ”walkie-talkie” se basaron en este receptor por su reducido peso y coste. En la Segunda Guerra Mundial se utilizó como baliza para la identificación radar de barcos y aeronaves [Whi-50]. A medida que el transistor empezó a reemplazar al tubo de vacío, el receptor superregenerativo quedó relegado a aplicaciones muy específicas. Sirvan como ejemplo: radares ligeros [Mil-68] [Str-71], espectroscopia de resonancia nuclear [Bat-76] [Sub-81], receptores alimentados por energía solar [Coy-92] e instrumentación médica [Cre-94]. El principio de operación del receptor superregenerativo se ha implementado también con éxito en el campo de los amplificadores ópticos láser [Der-71] [Esp-99]. Recientemente, el receptor superregenerativo ha sido extendido para la detección de señales de espectro ensanchado por secuencia directa [Mon-05a] [Mon-05a], se han presentado realizaciones para comunicaciones de banda ultra ancha (UWB) [Ani-08] y se ha aprovechado el principio superregenerativo para la amplificación en banda base y la realización de mezcladores [Pal09b].

Actualmente, las principales aplicaciones del receptor superregenerativo se encuentran entre los enlaces de radio de corto alcance en donde el bajo coste y un consumo de potencia reducido son factores determinantes. Entre dichas aplicaciones destacan: sistemas de control remoto (puertas automáticas, alarmas de automóvil, robots, modelismo, etc.) , sistemas de telemetría de corta distancia, teléfonos portátiles y similares.

Diversas innovaciones tecnológicas han ido apareciendo a lo largo del tiempo con el objetivo de mejorar las prestaciones del receptor superregenerativo. Se presenta a continuación una lista de patentes aparecidas en las últimas décadas:

Número de patente Autor Fecha

US Pat. No. 3883809 Ver Planck et al. 13 de Mayo de 1975

US Pat. No. 4143324 Davis 6 de Marzo de 1979

US Pat. No. 4307465 Geller 22 de Diciembre de 1981

US Pat. No. 4393514 Minakuchi 12 de Julio de 1983

US Pat. No. 4455682 Masters 19 de Junio de 1984

US Pat. No. 4749964 Ash 7 de Junio de 1988

US Pat. No. 4786903 Grindahl et al. 22 de Noviembre de 1988

US Pat. No. 5029271 Meierdierck 2 de Julio de 1991

US Pat. No. 5630216 McEwan 13 de Mayo de1997

US Pat. No. 20020168957A1 Mapes 14 de Noviembre de 2002

WO Pat. No. 03009482A1 Leibman 30 de Enero de 2003

WO Pat. No. 2005031994 Lourens 7 de abril de 2004

GB Pat. No. 2433365A Kim et al. 20 de Junio de 2007

EP Pat. No. 1830474A1 Pelissier et al. 5 de Septiembre de 2007

US Pat. No. 7590401B1 Frazier 15 de Septiembre de 2009

ES Pat. Núm. 2352127 Palà y otros 29 de Junio de 2011

La patente de Ver Planck et al. se titula “Superregenerative Mixers and Amplifiers” y describe un receptor superregenerativo que incluye un diodo túnel. El diodo túnel se utiliza para amplificar la señal de radiofrecuencia y para mezclarla con la oscilación local, proporcionando una salida de frecuencia intermedia. La oscilación local es un armónico de la frecuencia de extinción aplicada al diodo túnel.

La patente de Davis se titula “Transistorized Superregenerative Radio Frequency Detector” e ilustra un detector

superregenerativo de radiofrecuencia transistorizado de autoextinción, que utiliza una frecuencia de extinción mucho más alta que los receptores superregenerativos convencionales.

La patente de Geller se titula “Digital Communications Receiver” y describe un receptor de señales de radiofrecuencia binarias. El detector superregenerativo proporciona una señal que, mediante una tensión constante de referencia y un comparador, genera una tensión de salida digital.

La patente de Minakuchi et al. se titula “Superregenerative Receiver” y describe un receptor superregenerativo que incluye un oscilador de extinción que permite convertir la señal recibida en una señal de baja frecuencia. El oscilador de extinción incluye un transistor, un circuito de retroalimentación positiva y un circuito RC.

La patente de Masters se titula “Superregenerative Radio Receiver” e ilustra un receptor superregenerativo especialmente adaptado para asegurar la estabilidad en frecuencia del receptor con respecto a una frecuencia preseleccionada. El receptor incluye un receptor superregenerativo con una antena montada en un recinto especial...

1. Procedimiento para la demodulación de señales moduladas en fase, caracterizado por el hecho de que, a) hace uso de un oscilador superregenerativo gobernado por una señal de extinción, b) la señal de extinción produce una fase de estabilidad del oscilador superregenerativo seguida por una fase

de inestabilidad del oscilador superregenerativo, c) la secuencia formada por la fase de estabilidad seguida de fase de inestabilidad constituye un ciclo de recepción, d) la señal de extinción provoca que la forma de onda generada por el oscilador superregenerativo consiste en pulsos de radiofrecuencia que conservan la información de fase contenida en la señal de entrada, e) en cada ciclo de recepción, a partir de un instante de tiempo se toman muestras de los pulsos de radiofrecuencia mencionados, f) a partir de las muestras tomadas en el ciclo de recepción actual y de las muestras tomadas en ciclos de recepción anteriores se realiza una estimación de los datos transmitidos.

2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque las muestras de los pulsos se toman con un bit de resolución.

3. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque los instantes en los que se realiza el muestreo están equiespaciados y el periodo de muestreo es mayor que el de la señal generada por el oscilador superregenerativo.

4. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque para la estimación de los datos se consideran las muestras del ciclo de recepción actual y las del ciclo de recepción inmediatamente anterior.

5. Circuito para la demodulación de señales moduladas en fase, caracterizado por el hecho de que, a) el circuito hace uso de un oscilador superregenerativo gobernado por una señal de extinción, b) la señal de extinción produce una fase de estabilidad del oscilador superregenerativo seguida por una fase

de inestabilidad del oscilador superregenerativo, c) la secuencia formada por la fase de estabilidad seguida de fase de inestabilidad constituye un ciclo de recepción, d) la señal de extinción provoca que la forma de onda generada por el oscilador superregenerativo consiste en pulsos de radiofrecuencia que conservan la información de fase contenida en la señal de entrada, e) en cada ciclo de recepción, a partir de un instante de tiempo se toman muestras de los pulsos de radiofrecuencia mencionados f) a partir de las muestras tomadas en el ciclo de recepción actual y de las muestras tomadas en ciclos de recepción anteriores se realiza una estimación de los datos transmitidos.

6. Circuito según la reivindicación 5, caracterizado porque las muestras de los pulsos se toman con un bit de resolución.

7. Circuito según la reivindicación 5, caracterizado porque los instantes en los que se realiza el muestreo están equiespaciados y el periodo de muestreo es mayor que el de la señal generada por el oscilador superregenerativo.

8. Circuito según cualquiera de las reivindicaciones 5, 6 o 7, caracterizado porque para la estimación de los datos se consideran las muestras del ciclo de recepción actual y las del ciclo de recepción inmediatamente anterior.

Figura 1

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Figura 6 Figura 7