Geintra

Departamento de electronica Universidad de Alcala

Líneas de investigación

Accede a información sobre la estructura de la actividad investigadora de Geintra.

Trabaja con nosotros

Accede a nuestra oferta actual de becas, tesis doctorales, contratos y trabajos fin de carrera.

Contacta con el grupo

Si desea contactar con nosotros, puede usar varios medios.

    Generación y correlación eficiente de códigos binarios derivados de conjuntos de secuencias complementarias para sistemas ultrasónicos

    TítuloGeneración y correlación eficiente de códigos binarios derivados de conjuntos de secuencias complementarias para sistemas ultrasónicos
    Tipo de publicaciónPhD Thesis
    Año de publicación2009
    Thesis Advisor(s)Ureña, J, Hernández, Á
    Autoresdel Perez, MC
    Idioma de publicaciónSpanish
    Grado

    PhD. in Telecommunication Engineering.

    Departamento académicoElectronics
    UniversidadUniversity of Alcalá
    Número de páginas347
    CiudadAlcalá de Henares
    Fecha de publicación03/2009
    Resumen

    In this thesis, current and new CDMA encoding schemes are evaluated for their application in ultrasonic sensory systems based on the determination of times-of-flight. Proper encoding improves the performance of such systems in terms of noise immunity, capability of simultaneous measurements and precision in the distance measurements. Important applications include encoded ultrasonic signals, such as obstacle detection, local positioning in ubiquitous computing or non-destructive testing. Furthermore, other fields such as radar, cipher cryptology or communications systems, also demand codes with favourable correlation properties.
    The thesis can be divided into three major parts. The first looks at the aperiodic correlation properties of the most promising current binary codes, and proposes novel encoding schemes. The second deals with the design of efficient generation and correlation algorithms that notably decrease the number of operations necessary for the generation or detection of the codes. Finally, in the last part, the application of the codes in a local positioning system is discussed.
    After a detailed analysis of various binary codes, including the generalized orthogonal LS and T-ZCZ recently discovered, a selection of those subsets with lower aperiodic auto-correlation sidelobes and aperiodic cross correlation values is given. Also, the partial aperiodic correlation properties of the chosen codes nearly eliminates the blind area that appears in ultrasonic sensory systems when the same transducer works as emitter and as receiver.
    An important contribution presented in this thesis is a new generation algorithm of T-ZCZ pairs derived from a construction of complementary sets of sequences (CSS) recently proposed. These pairs have three zero correlation zones in the sum of their aperiodic correlation functions, and they overcome the restrictions of CSS in the number of sequences assigned to every emitter. The proposed T-ZCZ codes have smaller zones with interferences and lower maximum bounds in these zones than previously proposed generation schemes for T-ZCZ codes. And most importantly, these new codes can be very efficiently generated and correlated, if compared to a straightforward implementation. The design of the efficient generation and correlation algorithms is also presented. The first one, allows for an easy simultaneous generation of all the generalized pairs in a family. The second one simultaneously performs the correlation of the input signal with each pair of the family.
    The ideal correlation properties of CSS, and the fact that most generalized orthogonal codes are derived from them, suggest that more effort has to be invested in these codes. This thesis proposes a modification of the efficient generation and correlation algorithms of these codes to achieve a generic implementation on a configurable architecture, capable to operate in real time and to be adapted to requirements from different applications. This implementation is the basis of novel algorithms proposed for the efficient generation and correlation of LS codes, generated either from Golay pairs or from CSS. This fast correlator, together with the zero correlation zone that LS codes exhibit, make them a good choice for quasi-synchronous applications.
    Finally, the definition of an ultrasonic local positioning system has been explained. It makes it possible to verify the performance of the various encoding schemes used in the thesis, as well as the proposed efficient algorithms.
     
     

    Resumen

    En esta tesis se evalúan distintos esquemas de codificación aplicados a señales ultrasónicas para la determinación precisa de tiempos de vuelo. Una adecuada codificación confiere al sistema de una mayor inmunidad ante el ruido, la capacidad de discriminar varias emisiones realizadas simultáneamente, y además permite conseguir una gran precisión en la medida de distancias. Entre las diversas aplicaciones se encuentran la detección de obstáculos, tareas de localización en sistemas de computación ubicua o ensayos no destructivos en materiales. Otras áreas, como las comunicaciones, criptografía o radar, también demandan el uso de códigos con propiedades de correlación favorables.
    La tesis puede dividirse en tres grandes bloques. El primero se dedica al estudio de las propiedades de correlación aperiódica de los códigos binarios actuales más prometedores, y a la propuesta de nuevos esquemas de codificación. El segundo aborda el diseño de generadores y correladores eficientes que reducen en gran medida el número de operaciones a realizar para llevar a cabo la generación o detección de los códigos previos. Finalmente, en el último bloque se analiza la aplicación de los distintos códigos a un sistema de posicionamiento local.
    Tras un análisis pormenorizado de los códigos de mayor aplicación, incluidas las últimas propuestas con códigos ortogonales generalizados LS y T-ZCZ, se realiza una selección de aquellos sub-conjuntos de códigos con menores lóbulos laterales de auto-correlación y correlación cruzada aperiódica. Asimismo, se ha comprobado que la correlación aperiódica parcial de los códigos elegidos permite reducir casi en su totalidad la zona ciega de exploración típica de los sistemas sensoriales ultrasónicos que utilizan un mismo transductor tanto en emisión como en recepción.
    Se presenta un nuevo algoritmo para la obtención de pares T-ZCZ a partir de un esquema de generación de conjuntos complementarios de secuencias (CSS) de reciente aparición. Estos pares presentan zonas de correlación cero en la suma de sus funciones de correlación aperiódica y permiten salvar las restricciones de los CSS en el número de secuencias asignadas a cada emisor. Los pares T-ZCZ aquí propuestos presentan zonas de interferencias de menor tamaño y valores de cota inferiores en dichas zonas a los descritos en trabajos previos; y, lo que es de gran importancia, permiten obtener generadores y correladores eficientes que minimizan la carga computacional de su implementación hardware, si se comparan con implementaciones directas. El diseño de ambos módulos, de generación y correlación, se acomete también en la tesis. El primero permite obtener simultáneamente y de forma sencilla todos los pares ortogonales generalizados de una misma familia. Asimismo, el segundo proporciona a su salida la correlación de la señal de entrada con todos los pares de la familia.
    Las propiedades de correlación de los CSS, y el hecho de que la mayor parte de códigos ortogonales generalizados deriven de ellos, animan a continuar los esfuerzos investigadores en esta línea. En la tesis se propone una modificación de los algoritmos de generación y correlación asociados a dichos códigos, que da lugar a una implementación genérica en hardware configurable, capaz de operar en tiempo real y de adaptarse a los requisitos de la aplicación concreta. Esta implementación se utiliza como base para la propuesta de nuevos algoritmos de generación y correlación de códigos LS, tanto de los obtenidos a partir de pares Golay como de los obtenidos utilizando CSS. La zona libre de interferencias que estos códigos presentan alrededor del origen, junto con la disponibilidad de los correladores aquí propuestos, hacen muy atractivo su uso en aplicaciones cuasi-síncronas.
    Finalmente, se ha definido un sistema de posicionamiento local ultrasónico, en el que se ha podido comprobar experimentalmente la validez de los resultados obtenidos con todos los esquemas de codificación evaluados y algoritmos propuestos.

    AdjuntoTamaño
    tesis_abstract_carmen_fuentes.pdf10.59 MB
    TesisMCarmenPerez-parte1.pdf10.78 MB
    TesisMCarmenPerez-parte2.pdf9.75 MB

    Geintra © 2008-2024

    Diseño web por Hazhistoria