Estudio de códigos Zadoff-Chu en entornos aperiódicos para emisión de señales ultrasónicas

Abstract

El objetivo que se plantea para este Trabajo Fin de Grado (TFG) es realizar un estudio sobre el comportamiento de los códigos Zadoff-Chu en entornos aperiódicos para emisión de señales ultrasónicas, con el fin de poder mejorar sistemas de localización basados en señales codificadas. Los códigos Zadoff-Chu son códigos polifásicos, cuyo módulo es unitario, que presentan propiedades ideales de auto-correlación y lóbulos bajos de correlación cruzada para el caso de emisiones periódicas. En este trabajo se estudia su comportamiento en caso de emisiones aperiódicas. Además, se analizan distintas técnicas de modulación para adaptar los códigos a la respuesta en frecuencia de los transductores empleados. Específicamente, se analizan técnicas basadas en desplazamientos de fase cuaternaria (QPSK); multiplexación por división de frecuencias ortogonales (OFDM); salto en frecuencia rápido (FFH) y lento (SFH); y por multiplexación de Chirps ortogonales (OCDM). Estos códigos, modulados según los esquemas indicados anteriormente, son comparados con códigos pseudo-aleatorios Kasami modulados con técnicas de desplazamiento de fase binaria (BPSK), cuya utilización está muy extendida en sistemas de localización acústicos basados en medidas de tiempos de vuelo. Para finalizar el estudio, se comprueban las modulaciones planteadas bajo diferentes efectos típicos que tienen lugar durante la transmisión de señales ultrasónicas, como son el efecto cerca-lejos, multicamino, ruido impulsivo, ruido Gaussiano y el efecto Doppler.

The objective of this Final Degree Project (FDP) is to conduct a study on the behavior of Zadoff-Chu codes in aperiodic environments for the emission of ultrasonic signals, in order to improve location systems based on encoded signals. The Zadoff-Chu codes are multi-phase codes, whose module is unitary, which present ideal auto-correlation properties and low cross-correlation sidelobes in the case of periodic emissions. In this work, their behavior under aperiodic emission is evaluated. In addition, different modulation techniques are analyzed to adapt the codes to the frequency response of the used transducers. Specifically, the analyzed techniques are based on quadrature phase shifts (QPSK); orthogonal frequency division multiplexing (OFDM); fast (FFH) and slow (SFH) frequency hopping; and on multiplexing orthogonal Chirps (OCDM). These codes, modulated according to the schemes indicated above, are compared with Kasami pseudo-random codes modulated with binary phase shifts (BPSK), whose use is widespread in acoustic location systems based on time of flight measurements. To conclude the study, the modulations performance under different typical effects that take place during the transmission of ultrasonic signals are checked, such as the near-far effect, multipath, impulsive noise, Gaussian noise and the Doppler effect.