BR112019018737A2 - sistemas e métodos para implementar a transmissão de guia de onda de alta velocidade por fios - Google Patents

Abstract

a presente invenção se refere aos sistemas de comunicação para implementar sistemas de transmissão de alta velocidade usando transmissão em modo de guia de onda através de fios. em uma outra modalidade da invenção, um sistema de comunicação usa pares de fios como "guias de onda" que transmitem dados em altas frequências e velocidades. os dados são transmitidos através de propagação de ondas que assume várias formas, como ondas de superfície e ondas de reflexão interna total (tir).

Description

SISTEMAS E MÉTODOS PARA IMPLEMENTAR A TRANSMISSÃO DE

GUIA DE ONDA DE ALTA VELOCIDADE POR FIOS

REFERÊNCIA CRUZADA A PEDIDOS RELACIONADOS [0001] Este pedido reivindica a prioridade dos Pedidos Provisórios n^os U.S. 62/500,951, depositado em 3 de maio de 2017 intitulado SISTEMAS E MÉTODOS PARA A IMPLEMENTAÇÃO DE SISTEMAS DSL DE ALTA VELOCIDADE, U.S. 62/504,453, intitulado SISTEMAS E MÉTODOS PARA A IMPLEMENTAÇÃO DE SISTEMAS DSL DE ALTA VELOCIDADE depositado em 10 de maio de 2017 e U.S. 62/513.227, intitulado TERABIT DSLs, depositado em 31 de maio de 2017, cuja totalidade deste pedido de patente está incorporada no presente documento a título de referência.

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

A. Campo técnico [0002] A presente divulgação se refere aos sistemas de comunicações com fios, e mais particularmente, a sistemas e modos para implementar sistemas de transmissão de dados a alta velocidade utilizando transmissão do modo de guia de ondas por fios .

B. Descrição da Arte Relacionada [0003] A Linha Digital de Assinante, conhecida por DSL, é uma tecnologia de comunicação que usa a infraestrutura da rede telefônica de cobre. Um par torcido transporta ondas eletromagnéticas usando o modo eletromagnético transversal (TEM) (ou, equivalentemente, o modo de corrente do circuito

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TEM) onde o campo elétrico transversal é criado pela diferença de potencial elétrico entre a ponta, o fio, e o campo magnético transversal é criado pela corrente de condução entre a ponta e o fio. A velocidade do DSL varia de 500 Kbps a 5 Gbps.

[0004] Embora a velocidade do DSL tenha aumentado à medida que a tecnologia melhora, a velocidade do DSL tem sido historicamente mais lenta do que as técnicas de comunicação baseadas em cabos de fibra ótica (ou fibra curta) porque o par torcido não suporta grande largura de banda quando usado como linha de transmissão devido as grandes perdas de propagação em alta frequência. Atualmente, a maioria dos sistemas DSL opera no modo de linha de transmissão em frequências abaixo de 200 a 800 MHz; portanto, a largura de banda máxima usada no modo de linha de transmissão é inferior a 800MHz. Um único fio de fibra tem uma capacidade maior do que um único par torcido porque os sistemas típicos de comunicação de fibra operam a cerca de 300 THz, que é cerca de lx superior às frequências usadas pelos modos de linha de transmissão DSL atuais. Além disso, os custos de instalação de fibra são muitas vezes excessivamente caros, enquanto os sistemas DSL usam a infraestrutura de par torcido de cobre existente, de modo que o custo de implantação é normalmente muito menor. Muitas vezes, a vantagem da maior velocidade da fibra para os negócios do usuário não é suficiente para justificar uma maior taxa de instalação.

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BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS [0005] Referências serão feitas às modalidades da presente divulgação, exemplos destas podem ser ilustrados nas figuras anexas. Estas figuras pretendem ser ilustrativas e não limitativos. Embora a presente divulgação seja geralmente descrita no contexto destas modalidades, deve ser entendido que não se pretende limitar o âmbito da presente divulgação a estas modalidades particulares.

[0006] A Figura 1 mostra um diagrama esquemático deum ambiente de rede a jusante de acordo com as modalidadesda presente divulgação.

[0007] A Figura 2 mostra um diagrama esquemático deum ambiente de rede a montante de acordo com as modalidadesda presente divulgação.

[0008] A Figura 3A mostra uma vista em corte do cabo na Figura 1, tomada ao longo da direção 3-3.

[0009] A Figura 3B mostra uma vista parcial cortada de um cabo de acordo com as modalidades da presente divulgação.

[0010] A Figura 3C mostra uma vista parcial cortada de um cabo de acordo com as modalidades da presente divulgação.

[0011] A Figura 4 mostra uma vista ampliada de uma parte do cabo na Figura 3, ilustrando as guias de onda no cabo.

[0012] A Figura 5 mostra uma pluralidade de antenas no transmissor de acordo com as modalidades da presente divulgação.

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4/45 [0013] A Figura 6A mostra vários tipos de antenas montadas em um fio de acordo com as modalidades da presente divulgação.

[0014] A Figura 6B mostra uma vista em seção transversal de uma antena, tomada ao longo da direção 6B-6B, de acordo com as modalidades da presente divulgação.

[0015] A Figura 6C mostra uma vista em seção transversal de uma antena, tomada ao longo da direção 6C-6C, de acordo com as modalidades da presente divulgação.

[0016] A Figura 7A mostra uma estrutura de antenas em um par de fios, tomada ao longo da direção 7-7 na Figura 1, de acordo com as modalidades da presente divulgação.

[0017] A Figura 7B mostra uma estrutura de antenas em um par de fios, tomada ao longo da direção 7-7 na Figura 1, de acordo com as modalidades da presente divulgação.

[0018] A Figura 7C mostra uma estrutura de antenas em um par de fios, tomada ao longo da direção 7-7 na Figura 1, de acordo com as modalidades da presente divulgação.

[0019] A Figura 8A mostra um diagrama esquemático das frequências da subportadora de acordo com as modalidades da presente divulgação.

[0020] A Figura 8B mostra vários sinais de modo de guia de onda pré-codifiçados que entram em um cabo em uma frequência da subportadora de acordo com as modalidades da presente divulgação.

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5/45 [0021] A Figura 9A mostra um diagrama funcional de um transmissor a jusante de acordo com as modalidades da presente divulgação.

[0022] A Figura 9B mostra um diagrama de blocos funcional de um receptor a montante de acordo com as modalidades da presente divulgação.

[0023] A Figura 10 mostra um fluxograma de um processo ilustrativo para inicializar um sistema de comunicação de acordo com as modalidades da presente divulgação.

[0024] A Figura 11 mostra um fluxograma de um processo ilustrativo para transmitir dados de acordo com as modalidades da presente divulgação.

[0025] A Figura 12A mostra um diagrama esquemático de um par de fios conectados a outro par de fios por um conector de acordo com as modalidades da presente divulgação.

[0026] A Figura 12B mostra uma vista em seção transversal do conector na Figura 12A, de acordo com as modalidades da presente divulgação.

[0027] A Figura 12C é uma vista ampliada de uma junção de acordo com as modalidades da presente divulgação.

[0028] A Figura 12D mostra uma vista em seção transversal de um conector de acordo com as modalidades da presente divulgação.

[0029] A Figura 12E é uma vista ampliada de um refletor de acordo com as modalidades da presente divulgação.

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6/45 [0030] A Figura 13 mostra um gráfico de taxas de dados em um único fio versus comprimento do circuito, de acordo com as modalidades da presente divulgação.

[0031] A Figura 14 mostra um gráfico de taxas de dados em dois pares torcidos versus comprimento do circuito, de acordo com as modalidades da presente divulgação.

[0032] A Figura 15 mostra um gráfico da taxa de dados por receptor como uma função do comprimento do circuito em várias frequências de acordo com as modalidades da presente divulgação.

[0033] A Figura 16 é um sistema exemplificativo de acordo com várias modalidades da presente divulgação.

[0034] A Figura 17 ilustra um gráfico de taxa de dados por residência em função do comprimento do circuito, de acordo com várias modalidades da presente divulgação.

DESCRIÇÃO DETALHADA DAS MODALIDADES DA INVENÇÃO [0035] Na descrição a seguir, para fins de explicação, detalhes específicos são estabelecidos para fornecer um entendimento da presente divulgação. Será aparente, no entanto, para um técnico no assunto que a presente divulgação pode ser praticada sem esses detalhes. Além disso, um técnico no assunto reconhecerá que modalidades da presente divulgação, descritas abaixo, podem ser implementadas de várias maneiras, como um processo, um aparelho, um sistema, um dispositivo ou um método em um meio legivel por computador tangivel.

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7/45 [0036] Os componentes mostrados nos diagramas são ilustrativos de modalidades exemplificativas da divulgação e se destinam a evitar obscurecer a divulgação. Também deve ser entendido que, ao longo deste relatório, os componentes podem ser descritos como unidades funcionais separadas, que podem ter subunidades, mas os técnicos no assunto reconhecerão que vários componentes, ou partes deles, podem ser divididos em componentes separados ou podem ser integrados juntos, inclusive integrados em um único sistema ou componente. Devese notar que as funções ou operações discutidas aqui podem ser implementadas como componentes. Componentes podem ser implementados em software, hardware ou uma combinação destes.

[0037] Além disso, um técnico no assunto deve reconhecer: (1) que certas etapas podem opcionalmente ser executadas; (2) que as etapas não podem ser limitadas à ordem específica estabelecida neste documento; e (3) que certas etapas podem ser executadas em ordens diferentes, incluindo sendo executas simultaneamente.

[0038] A referência no relatório para uma modalidade, ou modalidades significa que um recurso, estrutura, característica ou função específica descrita em conexão com a modalidade está incluída em pelo menos uma modalidade da divulgação e pode ser em mais de uma modalidade. As aparências das frases em uma modalidade, em certa modalidade ou nas modalidades em vários lugares do relatório não são

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8/45 necessariamente todas referentes à mesma modalidade ou modalidades [0039] Em um sistema DSL convencional, os pares de fios conectando os transceptores (transmissor/receptores) em cada lado atuando como linhas de transmissão; a tensão aplicada por cada transmissor se propaga através do par de fios e é lida na outra extremidade pelo receptor correspondente. Em contraste, várias modalidades da presente invenção descrevem o uso dos mesmos pares de fios como guias de onda que transmitem dados em frequências muito mais altas e a velocidades muito mais altas. Os dados são transmitidos através de propagação de ondas que assume várias formas, tais como ondas de superfície e ondas de Reflexão Interna Total (TIR).

[0040] Para aumentar a velocidade de comunicação, propõese a transmissão de dados usando modos de guias de ondas de fios de cobre em frequências próximas a THz. Um sistema que transmite dados usando um modo de guia de ondas que se propaga ao longo da superfície ou paralelo a um único fio reto pode ser implementado. Nas modalidades, um transmissor pode enviar uma onda de superfície para um receptor ao longo de um fio, onde o fio pode incluir um núcleo condutor. Em frequências próximas de THz, o fio pode guiar a propagação da onda de superfície onde o campo elétrico axial é criado pela redistribuição de uma coleção de elétrons em uma superfície metálica, chamada de Plásmon Poláritons de Superfície, e um campo magnético transversal é criado pela corrente de

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9/45 deslocamento. Diferentemente dos métodos atuais de modo de linha de transmissão do DSL em baixas frequências, esse modo em frequências próximas a THz tem pouca dispersão e menos perda no caminho. As taxas de transmissão de dados podem ser comparáveis àquelas atualmente usadas (ou previstas para serem usadas) por fibra. 0 sistema pode funcionar razoavelmente bem no ar e o isolador dielétrico (plástico) ao redor do fio pode melhorar o desempenho da transmissão. No entanto, a onda da superfície tende a desviar dos fios curvos e a energia é perdida no espaço, isto é, a flexão do fio pode causar atenuação da força do sinal recebido, porque a energia vaza. Além disso, emendar duas guias de onda é dificil porque requer um alinhamento cuidadoso dos eixos centrais das duas guias de onda.

[0041] Outros modos de guia de onda incluem TE1, TIR, TM2, TE2 e TEM plasmônico, juntamente com a onda da superfície. Esses modos de guia de ondas podem estar presentes quando houver mais de um condutor de metal no cabo de transmissão. Alguns podem se desviar menos do que a onda da superfície, mas podem ter mais ou menos atenuação. Todos esses itens juntos serão chamados de modos de guia de ondas e pode haver sobreposição significativa, bem como diafonia, entre os diferentes modos. A capacidade de usar todos ou alguns desses modos de forma produtiva para cada usuário sem diafonia e com redução suficiente da perda de energia causada pelo desvio seria um avanço significativo na técnica. Um sinal no modo de

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10/45 guia de onda é definido como um sinal que se propaga de acordo com qualquer um dos modos de guia de ondas descritos acima.

[0042] Nas modalidades, um transmissor (como um DSLAM) pode ser localizado remotamente a partir de um receptor (como um CPE). O fio entre o transmissor e o receptor pode ter vários pontos de flexão e junção, e o sinal do modo de guia de ondas no receptor pode ficar muito fraco, a menos que a perda de energia seja evitada. Nas modalidades, métodos para transmitir dados nos modos de guia de ondas que podem reduzir o efeito das curvaturas longitudinais e da emenda de um único fio foram implementados.

[0043] A Figura 1 mostra um diagrama esquemático de um ambiente de rede a jusante 10 de acordo com as modalidades da presente divulgação. Como representado na Figura 1, um transmissor 12 pode transmitir dados simultaneamente para um ou mais receptores 14.1.1 - 14.2L.p através de um cabo 16. Existem até pares de fios L e, portanto, fios 2L com modos de transmissão p por guia de onda. É possivel que o número de modos de guia de ondas p usados no lado do transmissor possa ser diferente do número de modos de guia de ondas usados no lado de recebimento, mas geralmente eles são os mesmos. O transmissor 12 pode ser um ponto de alimentação de fibra, tal como, mas não limitado ao multiplexador de acesso à linha digital do assinante (DSLAM), unidade de rede óptica (ONU), terminal de linha óptica (OLT), unidade de ponto de distribuição (DPU), ponto de distribuição, terminal, gabinete,

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11/45 terminal remoto. 0 transmissor 12 pode ter várias antenas 13.1.1 - 13.2L.p, onde existem até pares de fios L e, assim, fios 2L com modos de transmissão p por guia de onda por fio. Cada um dos receptores 14.1.1 - 14.2L.p pode ser um equipamento individual de instalações do cliente (CPE), como gateway ou terminação de rede, e localizado no local do cliente. Cada um dos receptores 14.1.1 - 14.2L.p possui uma ou mais antenas receptoras 15.1.1 - 15.2L.p, onde existem até pares de fios L e, portanto, 2L com modos de transmissão por guia de onda p. Cada fio pode suportar vários modos de guia de onda de transmissão simultânea: como ο TM10, TE10 mencionado anteriormente, TEM plasmônico e possivelmente modos adicionais, tais como os modos TM2,0 ou TE20. 0 modo TIR pode ser suportado por todo o cabo, particularmente quando possui uma blindagem metálica. Cada modo de transmissão pode ser transmitido e recebido por suas próprias antenas.

[0044] Como mostrado na Figura 1, o ambiente de rede 10 pode ser semelhante ao sistema de transmissão DSL convencional. Nas modalidades, o cabo 16 pode usar as linhas de rede para preservar o investimento feito nas linhas telefônicas tradicionais usadas para serviços telefônicos de banda base analógica padrão. No entanto, diferentemente do sistema de transmissão DSL convencional, o transmissor 12 e os receptores 14.1.1-14.2L.p comunicam dados usando sinais no modo de guia de ondas que se propagam ao longo do cabo 16.

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12/45 [0045] A Figura 2 mostra um diagrama esquemático de um ambiente de rede a montante 11, de acordo com modalidades da presente invenção. Conforme representado, os CPEs do transmissor podem enviar sinais usando suas antenas 17.1.1 17.2L.p para o receptor com antenas 18.1.1. - 18.2L.p através do cabo 16. Nas modalidades, as antenas no transmissor 12 na Figura 1 podem ser usadas como antenas receptoras na Figura 2 e as antenas nos CPEs na Figura 1 podem ser usadas como antenas de transmissão na Figura 2.

[0046] A Figura 3A mostra uma vista em seção transversal do cabo 16 na Figura 1, tomada ao longo da direção 3-3. Como representado na Figura 3A, o cabo 16 pode ser coberto com uma blindagem metálica 17 e uma capa de PVC (cloreto de polivinil) 19 e inclui vários fios 21, em que cada par de fios, ou quatro fios 23, pode ser torcido/curvado e se estender a partir do transmissor 12 para um receptor correspondente. Para fins de ilustração, supõe-se que cada receptor esteja usando apenas um par de fios. No entanto, deve ser evidente para os versados na técnica que cada receptor pode usar mais de um par de fios, particularmente em situações em que há mais de um par de fios soltos em uma residência (premissa do usuário).

[0047] Cada fio 21 pode incluir um núcleo condutor 22 coberto com um isolador 24, em que o isolador 24 pode ser formado de polímeros plásticos, de papel ou semelhantes a borracha. O espaço de ar 2 6 pode representar um espaço não condutor entre os fios. Deverá ser evidente para os técnicos

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13/45 no assunto que o cabo 16 pode incluir um número adequado de fios. Nas modalidades, um par de fios (equivalentemente par de fios ou par torcido) é executado em cada premissa do usuário.

[0048] A Figura 3B mostra uma vista em corte parcial de um cabo 162 de acordo com as modalidades da presente divulgação. Como representado, o cabo 162 pode incluir vários fios 164, onde os fios 164 não são torcidos. A Figura 3C mostra uma vista em corte parcial de um cabo 166 de acordo com as modalidades da presente divulgação. Como representado, o cabo 166 pode incluir um número de pares torcidos 168, em que cada par torcido pode passar para cada premissa do usuário. É possível ter grupos de 4 fios torcidos juntos e ter diferentes taxas de torção em pares ou grupo de quatros fios diferentes.

[0049] A	Figura	4 mostra	uma vista	ampliada	de	uma porção
do cabo na	Figura	3. Nas modalidades,	o espaço	de	ar 2 6 e	o
isolador 24	podem	formar um	guia de	ondas 28	para ondas	de
transmissão	no modo de guia	de ondas,	ou seja,	os	núcleos	do

condutor 22 podem definir um guia de ondas 28 através da qual os sinais do modo de guia de onda se propagam ao longo da direção longitudinal do cabo 16. Nas modalidades, o cabo 16 pode incluir um grande número de guias de onda 28 que são um tanto paralelos, mas podem se cruzar em muitos lugares.

[0050] Nas modalidades, o espaço de ar 26 em cada guia de ondas 28 pode girar à medida que os modos de guia de ondas se propagam ao longo do cabo 16 e, portanto, podem não ter uma

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14/45 forma triangular. Nas modalidades, um par de fios pode ter diferentes taxas de torção por unidade de comprimento do que outros pares de fios. Os espaços de ar 26 podem sofrer transformações geométricas à medida que assumem formas diferentes em cada seção transversal do cabo, e as posições dos fios 21 podem mudar em relação uma à outra. Também é notado que os fios 21 não precisam ser emparelhados e torcidos desde que os fios 21 estejam próximos um do outro, de modo que os núcleos de cobre 22 possam guiar os modos de guia de ondas à medida que se propagam ao longo do cabo 16.

[0051] Nas modalidades, o cabo 16 pode ter várias porções dobradas ao longo de sua direção longitudinal. Alguns modos de guia de ondas que viajam através de cada guia de ondas 28 podem desviar da guia de ondas em cada porção torcida/dobrada. No entanto, nas modalidades, a presença de um grande número de núcleos condutores 22 (e guias de ondas 28) pode permitir que a diafonia (ondas eletromagnéticas volantes) seja capturada e recombinada. Em outras palavras, o cabo 16 pode formar um equivalente a um sistema de diafonia de dispersão rica entre as transmissões do modo de guia de ondas dos diferentes usuários, bem como entre esses modos para o mesmo usuário. Nas modalidades, a blindagem metálica 17 pode facilitar a captura e recombinação de quaisquer ondas de desvio porque as ondas são refletidas pela blindagem metálica e retornadas aos outros condutores como elas se propagam paralelamente ao comprimento do cabo, em vez de escapar do cabo, esse escapamento por outro

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15/45 lado causaria uma perda de energia. Nas modalidades, as ondas refletidas formam um modo TIR, que é semelhante aos modos TIR em cabos de fibra. Nas modalidades, como representado na Figura 4, o espaço de ar pode ter um caminho de ar de qualquer ponto de espaço de ar para qualquer outro ponto do espaço de ar, quando os fios se torcerem em pares, mas quase aleatoriamente em relação a outros pares.

[0052] As transmissões no modo de guia de ondas são diferentes da transmissão DSL convencional, que transmite dados no modo TEM através dos pares de fios 21 no cabo 16 e requer uma corrente de circuito e uma resistência de terminação entre os fios. Nas modalidades, os dados podem ser transmitidos nos modos de guia de ondas ao longo das guias de ondas 28. Os modos de guia de ondas se propagam acima de uma frequência de corte, que é aproximadamente de 100 GHz e provavelmente abaixo de 2 THz para a maioria dos cabos de pares torcidos quando vistos como guias de ondas de multi-elementos. Nas modalidades, cada par tem dois fios, e cada um desses fios pode suportar um ou mais modos de transmissão ou polarização de guia de ondas, por exemplo, modos TEM e TM plasmônicos. Um número p de modos de transmissão pode ser usado simultaneamente para cada um dos pares L (fios 2L) , aumentando aproximadamente as velocidades de transmissão em p vezes em comparação com a velocidade de transmissão usando um modo único. Nas modalidades, os modos de transmissão TIR, TE2 e TM2 ao longo das guias de onda 28 também podem ser suportados, aumentando o valor de p.

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16/45 [0053] Nas modalidades, a presente divulgação pode incluir uma combinação dos modos de guia de onda para cada um dos fios curvos e processamento de sinal vetorial para explorar várias combinações desses modos de guia de onda, como TM, TEM plasmônico, TIR, TM2 e assim por diante para cada um, qualquer e/ou alguns/todos os usuários/fios. Nas modalidades, as larguras de banda que suportam força de sinal suficiente podem ser encontradas em frequências na faixa de poucas centenas de GHz para fios telefônicos típicos. Nas modalidades, o raio ri (mostrado na Figura 4) do núcleo condutor 22 é tipicamente de 0,2 a 0,3 mm. Nas modalidades, o raio r2 (mostrado na Figura 4) do isolador 24 é um pouco maior.

[0054] A Figura 5 mostra uma pluralidade de antenas 25 no transmissor 12 de acordo com as modalidades da presente divulgação. A Figura 6A mostra vários tipos de antenas que podem acoplar sinais a um fio de acordo com as modalidades da presente divulgação. A Figura 6B mostra uma vista em seção transversal de uma antena, tomada ao longo da direção 6B-6B, de acordo com as modalidades da presente divulgação. A Figura 6C mostra uma vista em seção transversal de uma antena, tomada ao longo da direção 6C-6C, de acordo com as modalidades da presente divulgação. Nas modalidades, cada uma das antenas 38a - 38d pode ser dipolo; eles podem ser formados com metal condutor eletricamente e podem ser usados como antena de transmissão e/ou antena receptora. Muitas vezes, isso pode ser feito de dois fios paralelos através dos quais um campo

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17/45 eletromagnético é induzido. Nesta modalidade de dois fios paralelos, cada uma das antenas 38a - 38d pode ser acoplada fotocondutivamente, o que associa as transmissões no modo de guia de ondas ao(s) condutor(es), gerando ondas eletromagnéticas a partir de sinais modulados por dados a laser de infravermelho próximo que colidem nesses fios paralelos. A eficiência do acoplamento da fonte de sinal ao fio pode ser melhorada alinhando a polarização da onda eletromagnética ao modo de guia de ondas. Por exemplo, um modo TM pode ser excitado com eficiência por ondas eletromagnéticas polarizadas radialmente; assim, a estrutura da antena pode incluir um polarizador que converte a polarização da onda eletromagnética da fonte em outra polarização, como a polarização radial. Em frequências (próximas) de THz, as ondas eletromagnéticas se comportam como a luz. A eficiência do acoplamento da fonte de sinal ao fio pode ser melhorada usando uma lente que focaliza a onda eletromagnética em um local desejável no guia de ondas. Por exemplo, um modo TM pode ser excitado com eficiência, concentrando a onda eletromagnética na superfície do fio.

[0055] Como representado na Figura 6A, uma ou mais antenas 38a - 38e, que podem corresponder às antenas 25 na Figura 5, podem ser montadas no fio 21, onde cada uma das antenas 38a 38e pode ser usada para transmitir e/ou receber um sinal no modo de guia de ondas. A localização das antenas no fio na Figura 6A é escolhida apenas para ilustração. A distância entre antenas pode ser diferente da mostrada na Figura 6A.

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Normalmente, a antena é colocada perto da extremidade do cabo. Além disso, dependendo do tipo de modo de transmissão, a forma e as dimensões de cada antena podem ser determinadas. Por exemplo, as antenas 38a - 38c podem ter uma forma de anel (ou uma forma de rosca), enquanto o diâmetro externo das antenas 38a - 38c pode variar de acordo com o tipo de modo de transmissão. Em outro exemplo, as antenas 38d e 38e podem ter uma forma de gravata borboleta. Um técnico no assunto perceberá que o formato da antena pode ser modificado de acordo com várias modalidades e que os formatos ilustrados na Figura 6A são apenas exemplos. Além disso, um técnico no assunto perceberá que uma antena pode estar localizada em vários locais em relação a um fio, como uma antena sendo posicionada em torno de um fio e entrando em contato fisicamente com um dielétrico, uma antena sendo posicionada ao redor, mas sem tocar fisicamente em um fio ou dielétrico uma antena sendo posicionada na borda de um fio ou em qualquer outro local que permita que um sinal seja detectado pela própria antena. Em certas modalidades, um dielétrico pode ser removido de um fio para permitir que uma antena seja posicionada para transmitir ou detectar um sinal de acordo com certas implementações descritas acima.

[0056] A Figura 6B mostra três antenas fotocondutivas 38a - 38c de acordo com as modalidades da presente divulgação. Conforme representado, cada antena pode incluir dois fios concêntricos não tocantes e enviar um sinal no modo de guia de

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19/45 ondas. Nas modalidades, os dois fios concêntricos não tocantes são aproximadamente paralelos um ao outro. Nas modalidades, mais de duas antenas fotocondutivas circulares não tocantes podem ser dispostas de maneira concêntrica em torno do fio 21. [0057] As Figuras 6C mostram duas antenas fotocondutivas 38d e 38e de acordo com as modalidades da presente divulgação. Como representado, cada uma das antenas 38d e 38e pode incluir dois fios não tocantes e os dois fios não tocantes podem ser aproximadamente paralelos entre si. Nas modalidades, cada antena pode ter uma forma de gravata borboleta e estar localizada longe da extremidade distal do fio 21.

[0058] Como discutido acima, nas modalidades, cada antena 25 pode transmitir um sinal em um modo de guia de onda, como TE, TM, modo plasmônico TEM, TE2 ou TM2, ao longo de um guia de onda correspondente 28. Como tal, cada fio 21 pode ser usado para transmitir um primeiro sinal no modo de guia de onda no modo TM em uma primeira frequência portadora e um segundo sinal no modo de guia de onda em TEM plasmônico em uma segunda frequência portadora, em que a primeira frequência portadora pode ser igual ou diferente da segunda frequência portadora. Nas modalidades, a amplitude e fase do sinal do modo de guia de onda de cada antena 25 pode ser controlada por um précodificador do transmissor 12, ou seja, o pré-codificador pode executar processamento de sinal vetorial para coordenar os sinais que entram na(s) guia(s) de onda em diferente modos de guias de onda de modo que os sinais correspondentes que saem

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20/45 em cada receptor sejam passíveis de detecção, por exemplo, ajustando a potência do sinal e/ou alinhando as fases dos sinais recebidos de diferentes modos de guia de ondas e/ou eliminando os sinais enviados usando modos de transmissão diferentes que não se destinam a ser recebidos pelo receptor. Nas modalidades, por exemplo, o pré-decodificador pode controlar as fases e amplitudes dos sinais transmitidos no modo de guia de onda, de forma que os modos de guia de onda associados a cada fio ou guia de onda 28 experimentem interferência construtiva em um ângulo específico, enquanto os sinais no modo de guia de onda experimentam interferência destrutiva em outros ângulos.

[0059] A Figura 7A mostra uma estrutura de antenas, tomadas ao longo da direção 7-7 na Figura 1, de acordo com as modalidades da presente divulgação. Para fins ilustrativos, supõe-se que cada um dos receptores 14.1.1 - 14.2L.p possa usar um par de fios torcidos, mesmo que outro número adequado de pares de fios possa ser usado por cada receptor. Como representado, a antena 40 pode envolver um par de fios 21 para receber os sinais no modo de guia de ondas guiados pelo par de fios e incluir dois fios circulares que não se tocam.

[0060] Nas modalidades, as guias de onda podem ser formadas por cada fio, bem como por interstícios entre os fios. Cada guia de ondas pode suportar vários modos de transmissão. Os modos de transmissão podem incluir TMI, 0 e TEM plasmônico e

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21/45 também possivelmente modos adicionais, como outros modos TM, incluindo os modos TM2, TIR e TE.

[0061]	A	Figura 7B mostra	uma	estrutura	de antenas	em um
par de	fios	, tomada ao longo	da	direção 7-	7 na Figura	1, de
acordo	com	as modalidades	da	presente	divulgação.	Como

representado, duas antenas separadas 41 podem ser montadas em cada fio 21. Nas modalidades, cada uma das duas antenas 41 pode incluir dois fios circulares que não se tocam. A Figura 7C mostra uma estrutura de antenas em um par de fios, tomada ao longo da direção 7-7 na Figura 1, de acordo com as modalidades da presente divulgação. Como representado, cada uma das antenas 42 pode ter uma forma de gravata borboleta e incluir dois fios não tocantes que podem ser aproximadamente paralelos um ao outro. Nas modalidades, as antenas 42 podem ser dispostas afastadas da extremidade distai dos fios 21.

[0062] Nas Figuras 6A - 7C, cada antena recebe sinais no modo de guia de ondas guiados por um ou dois fios. No entanto, deve ser evidente para os versados na técnica que cada antena pode envolver outro número adequado de fios para capturar os sinais no modo de guia de ondas. Além disso, deve ser aparente para os versados na técnica que cada antena precisa estar conectada a uma carga que converta a onda eletromagnética em sinais elétricos, como tensão ou corrente. Por exemplo, a onda eletromagnética nas frequências (próximas) de THz pode ser convertida em sinais elétricos, expondo as ondas eletromagnéticas a um fotodetector.

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22/45 [0063] Nas modalidades, a transmissão a jusante, que se refere à informação que flui do transmissor 12 para os receptores 14.1.1 - 14.2Lp, pode usar um canal de transmissão vetorial, enquanto a transmissão a jusante, que se refere à informação que flui dos transmissores que são colocados com os receptores 14.1.1 - 14.2Lp no receptor que é colocado com o transmissor 12, podem usar um canal de acesso múltiplo vetorial. Nas modalidades, um método de processamento de transmissão especifico, conhecido como Equalizador de Realimentação de Decisão Generalizada (GDFE) pode ser implementado em cada tom ou subportadora de um sistema de transmissão de múltiplos tons discreto (DMT) independentemente, se todos os sistemas de transmissão no cabo 16 usarem um temporizador de taxa de simbolo comum com extensões ciclicas apropriadas ou o equivalente, como é bem conhecido na técnica. O GDFE pode reduzir bastante a complexidade em comparação com a simples transmissão em um canal de banda larga. Nas modalidades, o sistema a jusante pode usar um pré-decodificador não-linear (ou papel sujo) junto com uma matriz linear de pré-processamento, enquanto os sistemas a montante podem usar uma abordagem de realimentação de decisão generalizada (decodificação sucessiva) independentemente em cada tom, com atribuições gerais de bits para cada usuário e cada tom determinados por métodos conhecidos.

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23/45 [0064] Nas modalidades, o sistema 10 da Figura 1 pode estimar a resposta geral do canal para cada combinação de transmissor e receptor, em vez da resposta de interferência individual em cada segmento que causa interferência, como emenda, flexão, proximidade de dois condutores e assim por diante. Pode ser bastante dificil estimar a resposta de interferência individual porque existem tantos segmentos que causam interferência ao longo do cabo 16. Nas modalidades, o caminho do fluxo de energia do transmissor para o receptor pode se parecer com um queijo suiço com muitos orifícios localizados aleatoriamente no interior. Como pode ser impraticável estimar a localização dos orifícios no queijo suiço, é impraticável estimar o acoplamento de interferência em cada ponto de acoplamento. Nas modalidades, com base no canal estimado, o GDFE pode encontrar a melhor configuração de transmissão que passa a energia com mais eficiência. Como a resposta do canal pode ser diferente para cabos diferentes ou para usos diferentes, Nas modalidades, o aprendizado adaptativo pode ser usado para estimar o canal.

[0065] Nas modalidades, outros métodos de processamento de transmissão podem ser empregados para o sistema de transmissão 10, incluindo processamento prévio de pré-codificação linear e MIMO (múltiplas entradas e múltiplas saidas). Nas modalidades, alternativas ao DMT que também dividem um único canal de banda larga em várias subportadoras paralelas também podem ser usadas, onde as alternativas podem incluir

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24/45 multiplexação por divisão de frequência ortogonal (OFDM), bancos de filtros, acesso múltiplo por divisão de código (CDMA), separar canais analógicos e ondaleta. Nas modalidades, todo o processamento de transmissor e receptor descrito aqui pode ser realizado separadamente em cada subportadora. Nas modalidades, as alternativas ao DMT incluem um esquema de banda ultra larga (UWB) que usa pulsos contendo um sinal com amplo espectro de frequência.

[0066] Nas modalidades, o desempenho do sistema 10 pode ser uma função da frequência portadora. Para determinar uma frequência portadora preferida para cada modo de dados, a banda de frequência pode ser dividida em múltiplas frequências subportadoras e a taxa de transmissão de cada modo pode ser medida em cada frequência subportadora. A Figura 8A mostra um diagrama esquemático das frequências de subportadoras 804.1 804.N (ou subportadoras para abreviar) de acordo com as modalidades da presente divulgação. Como representado, a banda de frequência 802 pode ser dividida em múltiplas frequências de subportadoras.

[0067] A Figura 8B mostra os padrões de feixe de sinais no modo de guia de ondas pré-codifiçados que entram no cabo 16 em uma das frequências de subportadoras 804.1 - 804.N de acordo com as modalidades da presente divulgação. Como representado, o pré-filtro do transmissor 12 pode controlar as amplitudes e fases dos modos de guia de ondas transmitidos antes de passarem pelos moduladores e para as antenas 25, onde cada uma das setas

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806.1.1 - 806.2Lp representa um caminho espacial resultante do modo de guia de ondas para transmissão de dados correspondente a um dos usuários 14. Opcionalmente, pode haver um précodificador (não-linear) antes do pré-filtro que ajude a présubtrair a interferência que estaria presente no caminho espacial dos dados de qualquer outro usuário que não seja destinado à premissa do cliente específico. Nas modalidades, cada um dos receptores 14.1.1 - 14.2Lp pode usar um par de fios para comunicação com o transmissor 12, com modos de transmissão de guia de onda de até 2p por cada um dos pares L, usando, assim, modos de dados p, ou seja, um total de modos 2Lp pode ser usado para transmitir dados para os receptores

14.1.1 - 14.2Lp O pré-codificador do transmissor 12 pode multiplicar o vetor de dados de entrada por uma matriz 2Lp x 2Lp em cada tom. Essa matriz é chamada matriz de coeficiente de pré-codificador (ou matriz de coeficiente para abreviar) 810, em que cada elemento da matriz de coeficiente 810 é um ganho complexo de amplitude e fase para um sinal no modo de guia de onda na subportadora correspondente.

[0068] Nas modalidades, os sinais podem ser transmitidos ou recebidos usando pares torcidos que não estão conectados a nenhum receptor, em particular quando a interferência entre o par torcido não utilizado e os pares torcidos ativos é forte. Usando as linhas não utilizadas, a dimensão da matriz do précodificador é aumentada para facilitar o projeto de uma matriz de pré-codificador ideal.

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26/45 [0069] Nas modalidades, para identificar a frequência de subportadora preferida para cada modo, o transmissor 12 pode executar um processo de inicialização. Durante o processo de inicialização, o transmissor 12 pode aplicar a matriz de coeficiente 810 para as antenas 25 para enviar sequências de sondagem (ou sequência de bits definida), cobrindo todas as frequências candidatas a subportadoras 804.1 - 804.N em cada modo. Então, o transmissor 12 pode receber a realimentação de canal-resposta do modo dos receptores 14.1.1 - 14.2L.p. Com base na realimentação de resposta de canal recebida, a resposta de canal de todos os canais e a resposta de diafonia entre todos os modos para todos os usuários podem ser estimadas. Então, com base nas respostas estimadas de canal e diafonia, a frequência de subportadora preferida e, possivelmente, uma densidade espectral de potência de transmissão (PSD) podem ser identificadas. Após a conclusão do processo de inicialização, o transmissor 12 pode começar a comunicar dados com os receptores 14.1.1 - 14.2L.p (e vice-versa).

[0070] A Figura 9A mostra um diagrama de blocos funcional 900 do transmissor a jusante 12, de acordo com as modalidades da presente divulgação. Nas modalidades, os receptores 14.1.1 - 14.2L.p podem ser configurados para processar dados em diferentes modos de transmissão. Nas modalidades, a matriz de transmissão de resposta de canal pode ter as principais respostas de canal em seus elementos diagonais, com respostas de canal de diafonia nos elementos fora da diagonal. Nas

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27/45 modalidades, a matriz de transmissão de resposta de canal (ou matriz de transmissão para abreviar) para o conjunto de todos os modos de transmissão usados pelos receptores 14.1.1 -14.2Lp pode ser aprendida de forma adaptativa por um método de treinamento/inicialização adequado que emprega a sequência de bits modulada definida (sequência de sondagem) 72. Nas modalidades, a matriz de transmissão pode ser determinada com base na resposta de canal estimada de todos os canais e nas respostas de diafonia entre todos os pares de canais durante o processo de inicialização. Nas modalidades, a matriz de transmissão também pode ser calculada usando realimentação direcionada por dados e pode ser responsável pelas estatísticas de ruido. A sequência de bits definida 72 pode incluir dados de referência tendo uma sequência conhecida pelo transmissor 12 e pelos receptores 14.1.1 - 14.2L.p.

[0071] Nos sistemas DSL convencionais, é garantido que o par de fios que conecta os dois transceptores em ambos os lados do sistema seja o principal canal de comunicação entre esses dois transceptores. Os canais de diafonia induzidos por outros fios ao redor do par de fios principal sempre serão significativamente mais fracos que o canal principal. Isso permite que os sistemas DSL convencionais usem processos de treinamento/inicialização que utilizam o canal principal para aprender com eficiência as características do canal principal e dos canais de diafonia.

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28/45 [0072] Na abordagem baseada em guia de ondas para comunicações de cabo divulgadas aqui, não há garantias de que as guias de onda adjacentes ao par de fios principal correspondam ao canal principal entre os dois transceptores. A guia de ondas do queijo suíço descrita aqui normalmente resulta em um padrão muito complexo de ondas guiadas e refletidas que podem resultar em uma matriz de canal de transmissão muito diferente que não é diagonalmente dominante. Portanto, os processos de inicialização convencionais podem não ser eficazes nessa abordagem.

[0073] Uma modalidade da invenção divulgada neste documento utiliza uma fase adicional no processo de inicialização que utiliza a reciprocidade do meio de transmissão linear para gerar uma primeira aproximação da matriz de canal. Nesta fase de inicialização adicional, o equipamento transceptor localizado nas instalações do cliente transmite sequências de símbolos conhecidas em diferentes frequências. Os sinais recebidos na outra extremidade fornecem uma boa primeira estimativa do canal principal que corresponde a essa localização específica do cliente. Ao varrer as frequências a montante e a jusante, este processo pode gerar uma boa primeira estimativa das entradas correspondentes da matriz de canais para os canais a montante e a jusante, nomeadamente da coluna correspondente do canal a montante e da linha correspondente da matriz do canal a jusante. A repetição desse processo para cada uma das instalações do cliente produzirá uma boa primeira

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29/45 estimativa de todas as matrizes de canal a montante e a jusante. Essa estimativa pode então ser usada em métodos de inicialização mais tradicionais para gerar com mais eficiência estimativas precisas das matrizes de canal a montante e a jusante.

[0074] Nas modalidades, a unidade de inicialização 74 pode executar o processo de inicialização usando a sequência de bits definida 72 para determinar a matriz de transmissão, onde cada elemento da matriz de transmissão representa a situação do canal de um modo entre uma antena de transmissão 13 e uma das antenas receptoras 15.1.1 - 15,2Lp, ou seja, cada elemento da matriz de transmissão atua como alguns fatores que distorcem/deterioram o sinal transmitido através de um canal correspondente. Nas modalidades, durante o treinamento/inicialização ou usando símbolos de estimativa de canal, os receptores 14.1.1 - 14.2Lp podem receber a sequência de bits definida 72 de cada antena de transmissão através do cabo 16 em cada frequência de subportadora, determinar a realimentação de resposta de canal 68 entre o receptor e a antena de transmissão e enviar a realimentação de resposta de canal 68 determinada para o processador de realimentação de resposta de canal 66.

[0075] Nas modalidades, o processador de realimentação de resposta de canal 66 pode processar a realimentação de resposta de canal recebida 68 através de um sinal de realimentação para estimar a resposta de canal de todos os canais e a resposta de

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30/45 diafonia entre todos os pares de canais. Então, com base nas respostas estimadas do canal e na diafonia, o processador de realimentação de resposta de canal 66 pode determinar a matriz de transmissão. Nas modalidades, o pré-codificador 64 pode determinar a matriz de coeficiente do pré-codificador 810 que controla as amplitudes e fases dos sinais no modo de guia de ondas a serem transmitidos nos canais para todas as frequências de subportadoras ativas. O processador de realimentação de resposta de canal 66 também pode estar envolvido na determinação de coeficientes de pré-codificador. Nas modalidades, o processador de realimentação de resposta de canal 66 e o pré-codificador 64 podem identificar a frequência de subportadora preferida para cada canal e, possivelmente, uma densidade espectral de potência de transmissão (PSD) para cada canal. O pré-decodificador 64 pode ser estruturado como um pré-decodificador linear, pré-decodificador de força zero, pré-decodificador de erro quadrático médio minimo (MMSE) , prédecodif icador não linear, GDFE ou outra estrutura usada para diminuir a diafonia nos receptores de um transmissor de múltiplas saidas. Nas modalidades, o pré-codificador 64 pode incluir um processador não linear e um processador linear. Nas modalidades, todos os sinais de saida do pré-codificador 64 podem ser sincronizados no tempo.

[0076] Nas modalidades, para transmitir os dados de entrada de transmissão 60 para os receptores 14.1.1 - 14.2Lp, os dados de entrada podem ser codificados pelo codificador de simbolo

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62. Nas modalidades, o codificador de símbolo 62 pode usar vários tipos de técnica de modulação, como Quadratura Amplitude e modulação de fase (QAM) e chaveamento de mudança de fase em quadratura (QPSK), para modular os dados de entrada de transmissão 60. Além disso, nas modalidades, o codificador de símbolo 62 pode realizar a pré-compensação nos dados de transmissão 60, de modo que a distorção e atenuação do sinal de transmissão 54 durante o seu percurso ao longo do cabo 16 possam ser compensadas. Então, para cada canal, o précodificador 64 pode selecionar uma frequência de subportadora preferida e a matriz de coeficiente 810, e processar os dados de entrada codificados de acordo com a matriz de coeficiente. O conjunto de antenas 52, que pode corresponder às antenas 25, pode transmitir os dados processados aos receptores 14.1.1 14.2Lp através do cabo 16.

[0077] Nas modalidades, o transmissor 12 pode incluir outros componentes, como um conversor digital para analógico para converter os dados digitais em sinais analógicos e transmitir a filtragem. Além disso, o pré-codificador 64 pode executar outras funções, tal como a ordenação do précodif icador .

[0078] A Figura 9B mostra um diagrama de blocos funcional 920 de um receptor a montante de acordo com as modalidades da presente divulgação. Nas modalidades, o receptor a montante 920 pode ser incluído adjacente ao transmissor 12. Como representado, o sinal dos CPEs (receptores) 14.1.1 - 14.2Lp

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32/45 pode ser transmitido através do cabo 16 e recebido pelo conjunto de antenas 52. Nas modalidades, um ou mais demoduladores 82 podem decodificar os simbolos DMT recebidos a montante. 0 vetor pós-cancelador 83 pode remover diafonia entre os canais.

[0079] Nas modalidades, o decodificador de simbolo 84 pode aceitar o sinal de saida do vetor pós-cancelador 83 e estimar os simbolos recebidos, que são então enviados como dados recebidos a montante 85. Durante as fases de treinamento ou durante a recepção dos simbolos de treinamento, a saida 85 do decodificador de simbolo 84 pode ser realimentada para o processador de realimentação de resposta de canal 66 que estima as respostas de canal e diafonia. Alguns dos dados recebidos a montante 85 podem levar estimativas das respostas de canal a jusante e diafonia, ou sinais de erro recebidos a jusante, que correspondem à realimentação de resposta de canal e são inseridos no processador 66 de realimentação de resposta de canal a jusante. As direções a jusante e a montante também podem levar em sinais de cabeçalho, o número de bits e ganhos que são transmitidos para cada modo/usuário em cada subportadora, como normalmente é feito nos sistemas de transmissão DMT/ multiportadoras (geralmente chamados de troca de bits).

[0080] A Figura 10 mostra um fluxograma 1 de um processo ilustrativo para inicializar um sistema de comunicação de acordo com as modalidades da presente divulgação. Nas

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33/45 modalidades, o processo de inicialização pode ser realizado regularmente ou sempre que houver uma alteração no sistema 10. O processo 1 começa na etapa 1002. Em 1002, o transmissor 12 pode enviar uma sequência de sondagem (ou definir bit sequência) 72 para os receptores 14.1.1 - 14.2Lp, cobrindo todas as frequências candidatas para as subportadoras 804.1 804.N em cada um dos canais. Nas modalidades, cada fio no cabo 16 pode fornecer dois ou mais modos para transmitir sinais no modo de guia de ondas.

[0081] Em 1004, para cada canal, o transmissor 12 pode receber realimentação de resposta de canal de cada receptor em cada frequência da subportadora. Na etapa 1006, com base na realimentação de resposta de canal recebida, as respostas de canal de todos os canais e respostas de diafonia entre todos os pares de canais podem ser estimadas. Então, na etapa 1008, com base nas respostas de canal estimadas e respostas de diafonia, frequências úteis de subportadora para cada canal podem ser identificadas. Além disso, frequências de subportadora preferidas e uma densidade espectral de potência (PSD) preferida podem ser determinadas para cada canal (1008). Na etapa 1010, para cada canal, uma das frequências úteis da subportadora que deve ser usada para transmitir dados pode ser selecionada. Esses conjuntos de frequências podem se sobrepor.

[0082] A Figura 11 mostra um fluxograma de um processo ilustrativo 1100 para transmissão de dados de acordo com as modalidades da presente divulgação. Na etapa 1102, o

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34/45 codificador de simbolo 62 pode codificar um ou mais fluxos de dados a serem enviados para um ou mais receptores através do cabo 16. Nas modalidades, o codificador de simbolo 62 pode usar vários tipos de técnica de modulação, como amplitude de quadratura e modulação de fase (QAM) e chaveamento de mudança de fase em quadratura (QPSK), para modular os dados de transmissão 60. Opcionalmente, na etapa 1104, o précodificador 64 pode pré-codifrear os fluxos de dados codificados de acordo com a matriz de coeficiente 810. Na etapa 1105, o modulador pode criar simbolos de multiportadoras e gerar amostras no dominio do tempo. Então, na etapa 1106, a pluralidade de fluxos de dados pré-codifiçados pode ser transmitida através de uma pluralidade de canais de modo de guia de ondas no cabo 16 em frequências preferidas.

[0083] A Figura 12A mostra um diagrama esquemático de um par de fios 91 conectado a outro par de fios 97 por um conector 90 de acordo com as modalidades da presente divulgação. A Figura 12B mostra uma vista em seção transversal do conector 90 na Figura 12A de acordo com as modalidades da presente divulgação. A Figura 12C é uma vista ampliada do emendador 94 de acordo com as modalidades da presente divulgação.

[0084] Como representado, o par de fios torcidos 91 (e 97) pode incluir dois fios que incluem um núcleo condutor 93 coberto com um isolador 92. O conector 90 pode incluir uma blindagem metálica 96, emendadores 94 que acoplam os núcleos condutores 93 e 95 e material dielétrico 99 que preenche o

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35/45 espaço interno da blindagem 96. A blindagem 96 e o enchimento dielétrico 99 podem fixar firmemente o primeiro par de fios 91 e os emendadores 94 ao segundo par de fios 97.

[0085] Nas modalidades, cada emendador 94 pode ter uma forma de tronco oca, em que os diâmetros internos em ambas as extremidades de cada emendador podem ser maiores que os diâmetros externos dos núcleos condutores 93 e 95. O emendador 94 pode ser formado de metal mais espesso que várias profundidades da pele dos sinais no modo de guia de ondas. Note-se que a extremidade proximal do núcleo condutor 93 não precisa tocar na extremidade distal do núcleo condutor 95, uma vez que os modos de guia de onda podem viajar alguns comprimentos de onda a partir da extremidade proximal do núcleo condutor 93. Nas modalidades, a sobreposição, D2, da blindagem 96 com o isolador 92 pode ter vários comprimentos de onda dos sinais no modo de guia de ondas.

[0086] A Figura 12D mostra uma vista em seção transversal de um conector 100 de acordo com as modalidades da presente divulgação. O conector 100 pode ser semelhante ao conector 90, com a diferença de que um refletor 102 pode ser incluído no conector 100. A Figura 12E é uma vista ampliada do refletor 102 de acordo com as modalidades da presente divulgação. Nas modalidades, o refletor 102 pode ser formado de metal e ter uma forma de tronco oca. O refletor 102 pode refletir os sinais no modo de guia de ondas 104 em direção ao centro do conector

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100, como indicado pela seta 104, de modo que as ondas correspondentes sejam confinadas dentro do refletor 102.

Análise de sistema [0087] Para fins de ilustração, uma análise do desempenho do sistema foi realizada.

Modelo de canal:

[0088] A perda de inserção de canal pode ser modelada por uma teoria de linha de transmissão convencional, desde que linear em frequência e distância. Os valores medidos para o coeficiente de atenuação em núcleos de condutor de mesmo diâmetro que as linhas telefônicas podem ser expressos como

H(f)= exp(-0,05*(f/10 <n>)*d) Eq. (1) onde d é o diâmetro em metros e /é a frequência em Hz.

[0089] A interferência de diafonia entre pares torcidos pode ser altamente aleatória e depende da torção dos vários pares de fios em relação um ao outro. No entanto, o modelo log-normal é bem conhecido para aproximar (quando as médias são tomadas sobre o conjunto da distribuição) a diafonia em modelos de cabo de par torcido, onde a contribuição da diafonia de todos os outros pares para um único fio pode ser expressa como

X(f)= Itfv <i>o<)>*exp (-0,05*(f/10<n>)*d) Eq. (2) onde k é log-normal distribuído com a média em 0 db e variação de 9,0 db.

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Velocidades de transmissão e melhorias da invenção [0090] Os sistemas discretos de múltiplos tons (DMT) são muito utilizados na transmissão xDSL. Essa estrutura é reutilizada na presente divulgação, apenas com larguras de banda mais amplas, e pode suportar uma implementação vetorial. Uma simulação de software do sistema descrito aqui foi construída e executada. Os parâmetros de simulação específicos incluem:

dBm de potência total de transmissão

2048 ou 4096 subportadoras PSD de transmissão flutuante, subportadoras em faixas de frequência que variam de 60 GHz a 500 GHz, com vários espaçamentos de subportadora

Carregamento de bits de 1 a 12 bits/Hz

10% de sobrecarga da camada phy removida antes da apresentação dos resultados

4.5 db de ganho de codificação

1.5 db de perda de implementação

-160 dbm/Hz AWGN de retorno

100 canais, vetor pré-codifiçado com pré-decodificador linear de força zero ou pré-decodificador não linear (PNL) usando a equalização de realimentação de decisão generalizada (GDFE), e a estimativa do canal ideal é assumida.

[0091] Para o modelo acima, as taxas de dados consequentes são mostradas na Figura 13 para cada polarização de cada fio. Na Figura 13, a curva superior 1302 representa uma taxa de dados por canal (na unidade de Tbps) como uma função do

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38/45 comprimento do circuito (na unidade de metro) quando um précodificador GDFE não linear é usado para pré-codifrear o sinal a jusante. Da mesma forma, a curva inferior 1304 representa uma taxa de dados por canal (na unidade de Tbps) como uma função do comprimento do circuito (na unidade de metro) quando um pré-decodificador linear é usado para pré-codifrear o sinal a jusante. Na Figura 13, a taxa de dados é a taxa de transmissão de dados em média entre os 100 canais.

[0092] A Figura 14 mostra um gráfico de taxas de dados versus o comprimento do circuito de acordo com as modalidades da presente divulgação. Na Figura 14, a curva superior 1402 representa uma taxa de dados por receptor (na unidade de Tbps) como uma função do comprimento do circuito (na unidade de metro) quando um pré-decodificador GDFE não linear é usado para pré-codifrear o sinal à jusante. Da mesma forma, a curva inferior 1404 representa uma taxa de dados por receptor (na unidade de Tbps) como uma função do comprimento do circuito (na unidade de metro) quando um pré-decodificador linear é usado para pré-codifrear o sinal a jusante. Na Figura 14, a taxa de dados é a taxa de transmissão de dados por casa, em média, em todos os 100 canais. Como cada casa possui um cabo telefônico com dois fios e cada fio pode ter dois canais (ou modos) de transmissão, as taxas de dados na Figura 14 são cerca de quatro vezes maiores que as taxas na Figura 13.

[0093] A Figura 15 mostra um gráfico da taxa de dados por receptor em função do comprimento do circuito (na unidade de

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39/45 metro) de acordo com as modalidades da presente divulgação. Um pré-decodificador não linear é usado para gerar o gráfico na Figura 15. Conforme representado, as três curvas representam a taxa de dados para três diferentes faixas de frequência: 100 - 500 GHz (1502), 100 - 300 GHz (1504) e 60-120 GHz (1506), em que a taxa de dados diminui à medida que o comprimento do circuito aumenta.

[0094] A Figura 16 ilustra um sistema no qual os sinais sem fio são transmitidos entre interfaces aéreas e subsequentemente comunicados através de uma estrutura de guia de ondas de alta velocidade, de acordo com vários aspectos da invenção. Como mostrado, o sistema compreende uma pluralidade de transmissores de radiofrequência (RF) 1610a...1610k a partir dos quais os sinais sem fio são transmitidos. Os sinais sem fio são recebidos em uma pluralidade de antenas receptoras e amplificados pelos amplificadores 1620a...1620k e modulados por uma pluralidade de moduladores 1630a...1630k. A taxa de sinais pode variar de acordo com diferentes modalidades da invenção. Como ilustrado, esses sinais exemplificativos estão operando dentro das faixas de frequência próxima e Terahertz, mas outras frequências são suportadas pela invenção. Os sinais modulados são transmitidos para um guia de ondas de ligação 1680 que transporta os sinais através da estrutura da guia de ondas de acordo com os vários métodos descritos acima.

[0095] A onda de ligação 1680 pode receber sinais de outras fontes, como o receptor ilustrado com o amplificador de RF

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40/45 correspondente 1670 e o modulador 1675. Um técnico no assunto reconhecerá que um grande número de fontes de sinal pode ser suportado pelas diferentes modalidades da invenção.

[0096] A saída da guia de ondas do ligante 1680 pode interagir com um ou mais caminhos para processar ainda mais os sinais. Neste exemplo, a saida é acoplada a vários caminhos de conversão descendente de banda base correspondentes aos sinais sem fio transmitidos pelos transmissores sem fio 1610a...161Ok. Cada um desses caminhos pode incluir vários componentes, incluindo os demoduladores 1650a...1650k, receptores de RF 1660a...1660k e o correspondente receptor de banda base 1690. Um técnico no assunto reconhecerá que outros componentes podem ser incluídos nas conversões ascendente e descendente.

[0097] Em várias modalidades da invenção, o modulador 1630a e o demodulador 1650a convertem sinais de rádio RF nas frequências transportadas no guia de ondas do ligante 1680. Várias modalidades, estrutural e funcionalmente, da guia de ondas do ligante 1680 são descritas acima. Os sinais podem ser alternados entre as frequências apropriadas para a interface da guia de ondas por fio e as frequências apropriadas para a interface de rádio. A conversão ascendente é o processo de mudar um conjunto de frequências para uma banda de frequência mais alta e a conversão inversa é o processo de mudar um conjunto de frequências para uma banda de frequência mais baixa. Etapas adicionais de modulação/demodulação podem ser

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41/45 executadas de modo que o formato de modulação seja apropriado para RF nas interfaces de rádio e o formato de modulação seja apropriado para transmissão de guia de ondas de fios. Também pode haver processamento de sinal adicional, como précodificação e pós-cancelamento na entrada e saida das guias de ondas de fio. Como alternativa, pode não haver conversão elétrica além do acoplamento direto dos sinais da guia de ondas de fio à interface de rádio com antenas. Em uma modalidade, moduladores analógicos e demoduladores analógicos são usados. Então, os sinais recebidos na saida de RF Rx 1 a RF Rx N podem ser escritos como a seguinte equação:

em que Hl, mk é o canal entre RF Tx k e RF amp m; H2, kn é o canal da banda de base entre o modulador THz k-ésimo e o demodulador THz n-ésimo. Se N>=M>=K e se HI e H2 são matrizes de classificação completa, H2*H1 é classificação completa; portanto, os pares RF Tx e RF Rx verão o canal combinado como um canal MIMO sem fio e os algoritmos MIMO padrão podem ser aplicados ao RF Tx e RF Rx sem exigir nenhum processamento de sinal no THz mod/demod. Esta modalidade e modalidades semelhantes fornecem um nivel de simplificação combinando tanto o processamento MF de guia de onda como RF. Ao usar a guia de ondas ligante com maior alcance para transmitir o sinal de RF, o alcance dos sistemas de comunicação pode ser aumentado

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42/45 significativamente. É possível um intervalo ou estruturas entre elas, executando algumas funções com dispositivos elétricos e outras funções passivamente.

[00 98] Os modos de guia de ondas transmitidos nos fios podem ser usados para distribuir sinais de alta frequência por todo ambiente de construção ou em lugar aberto, com a conversão de e para rede sem fio, oferecendo cobertura sem fio em cada sala ou área. Exemplos desses modos são fornecidos acima.

[0099] Um técnico no assunto reconhecerá as vantagens de empregar conectividade de alta velocidade entre estações base, torres de micro células, pontos de acesso Wi-Fi, unidades de rádio remotas (RRHs), unidades de banda de base (BBUs), centrais de comutação móveis, etc., onde a coordenação ou uma troca de informações entre esses dispositivos pode ser fornecida para otimizar o desempenho da rede. Por exemplo, no caso de 5G em que as estações base podem coordenar a comunicação de ligação ascendente e de ligação descendente dentro de uma ou mais células, a taxa na qual os dados são trocados entre essas estações base é importante para garantir a operação adequada. Além disso, essa comunicação ponto a ponto pode alavancar pelo menos fios/cabos parcialmente existentes que já foram instalados. O uso das técnicas de comunicação descritas acima pode ser aplicado a outros sistemas de backhaul nos sistemas sem fio atuais e futuros, o que permitirá uma implantação mais eficiente e rápida do sistema de alta velocidade, utilizando cabos e fios instalados anteriormente.

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43/45 [00100] A Figura 17 ilustra um gráfico de taxa de dados por residência em função do comprimento do circuito, de acordo com várias modalidades da presente divulgação. Neste exemplo, um pré-decodificador não linear é usado para gerar o gráfico com simulações iguais às mostradas nas Figuras de 13 a 15, exceto uma suposição de que uma modulação de baixa taxa pode suportar carregamento de bits dentro de um intervalo apropriado (por exemplo, 0 a 12 bits/Hz). Além disso, os espectros de transmissão são otimizados para aplicações de longo alcance.

[00101] Modalidades da presente divulgação podem ser codificadas em uma ou mais midias legíveis por computador não transitórias com instruções para um ou mais processadores ou unidades de processamento para que as etapas sejam executadas. Deve-se observar que o um ou mais meios legíveis por computador não transitórios devem incluir memória volátil e não volátil. Deve-se notar que implementações alternativas são possíveis, incluindo uma implementação de hardware ou uma implementação de software/hardware. As funções implementadas por hardware podem ser realizadas usando ASIC(s), matrizes programáveis, circuitos de processamento de sinal digital ou similares. Consequentemente, os termos meios em qualquer reivindicação se destinam a cobrir implementações de software e hardware. Da mesma forma, o termo meios ou mídia legível por computador, conforme usado neste documento, inclui software e/ou hardware com um programa de instruções incorporado, ou uma combinação destes. Com essas alternativas de implementação em mente, deve

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44/45 ser entendido que as figuras e a descrição anexa fornecem as informações funcionais que um técnico no assunto exigiria para escrever um código de programa (ou seja, software) e/ou fabricar circuitos (ou seja, hardware) para execute o processamento necessário.

[00102] Deve-se notar que as modalidades da presente divulgação podem ainda se relacionar a produtos de computador com um meio legivel por computador, não transitório e tangivel, que possui um código de computador para executar várias operações implementadas por computador. A midia e o código do computador podem ser aqueles especialmente projetados e construídos para os propósitos da presente divulgação, ou podem ser do tipo conhecido ou disponível para aqueles que possuem habilidade nas artes relevantes. Exemplos de midia legivel por computador tangivel incluem, mas não estão limitados às midias magnéticas, tais como discos rigidos, disquetes e fita magnética; midias ópticas, tal como CD-ROMs e dispositivos holográficos; midias magneto-óptica; e dispositivos de hardware especialmente configurados para armazenar ou armazenar e executar código de programa, como circuitos integrados específicos para aplicativos (ASICs), dispositivos lógicos programáveis(PLDs), dispositivos de memória flash e dispositivos de ROM e RAM. Exemplos de código de computador incluem código de máquina, como produzido por um compilador, e arquivos que contêm código de nivel superior que são executados por um computador usando um intérprete. As

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45/45 modalidades da presente divulgação podem ser implementadas no todo ou em parte como instruções executáveis por máquina que podem estar em módulos de programa que são executados por um dispositivo de processamento. Exemplos de módulos de programas incluem bibliotecas, programas, rotinas, objetos, componentes e estruturas de dados. Em ambientes de computação distribuída, os módulos do programa podem estar localizados fisicamente em configurações locais, remotas ou ambas.

[00103] Um técnico no assunto reconhecerá que nenhum sistema de computação ou linguagem de programação é critico para a prática da presente divulgação. Um técnico no assunto também reconhecerá que vários dos elementos descritos acima podem ser fisicamente e/ou funcionalmente separados em submódulos ou combinados.

[00104] Será apreciado pelos técnicos no assunto que modalidades e exemplos acima são exemplificativos e não limitativos ao escopo da presente divulgação. Pretende-se que todas as permutações, melhorias, equivalências, combinações e aprimoramentos que sejam evidentes para os técnicos no assunto após uma leitura do relatório descritivo e conjunto com os desenhos sejam incluídas dentro do verdadeiro espirito e escopo da presente divulgação.

Claims (23)

1. REIVINDICAÇÕES

   1. Dispositivo, CARACTERIZADO por compreender:

   um transmissor acoplado para transmitir sinais a um ou mais dispositivos portadores de sinal possuindo propriedades de guia de ondas e suportando uma pluralidade de modos de guias de ondas, tendo o transmissor uma pluralidade de antenas que formam e transmitem um primeiro sinal para o meio de transmissão com base em método de treinamento que transmite sinais através da pluralidade de antenas; e pelo menos um acoplador posicionado entre o transmissor e o dispositivo portador de sinal, pelo menos um acoplador acopla os sinais ao dispositivo portador de sinal através de pelo menos um modo de guia de onda dentro da pluralidade de modos de guias de ondas; e em que o dispositivo portador de sinal compreende pelo menos um fio, cada fio compreendendo um condutor coberto com um isolador dielétrico e o primeiro sinal se propaga pelo menos parcialmente ao redor de pelo menos um fio.
2. 2. Dispositivo de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de ainda compreender uma unidade de calibração acoplada dentro do transmissor, a unidade de calibração transmite uma pluralidade de sinais de teste para o dispositivo portador de sinal para selecionar uma primeira configuração da pluralidade de antenas que resulta em uma forma preferida do primeiro sinal.

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3. 3. Dispositivo de acordo com a reivindicação 2, CARACTERIZADO pelo fato de que a unidade de calibração ajusta as configurações através de um precodificador de vetor dentro do transmissor, as configurações ajustáveis alteram a forma da pluralidade de sinais de teste com base nos pesos de vetor gerados no precodificador e aplicados a pelo menos uma antena dentro da pluralidade de antenas.
4. 4. Dispositivo de acordo com a reivindicação 2, CARACTERIZADO pelo fato de que a forma preferida é selecionada com base, pelo menos em parte, na realimentação de um receptor remoto, a realimantação identifica uma característica de detectabilidade de, pelo menos, um dos sinais de teste.
5. 5. Dispositivo de acordo com a reivindicação 4, CARACTERIZADO pelo fato de que a característica de detectabilidade é uma medição de sinal-ruído de pelo menos um dos sinais de teste.
6. 6. Dispositivo de acordo com a reivindicação 2, CARACTERIZADO pelo fato de que o precodificador de vetor reduz uma interferência causada por outro transmissor ou acoplada de um modo de transmissão diferente, que não se destina a ser recebida por um receptor correspondente.
7. 7. Dispositivo de acordo com a reivindicação 2, CARACTERIZADO pelo fato de que o precodificador de vetor é um tipo selecionado de um grupo consistindo em: linear, força zero, erro quadrático médio minimo (MMSE), equalizador de realimentação de decisão generalizada não linear (GDFE).

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8. 8. Dispositivo de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de ainda compreender um codificador de simbolos acoplado dentro do transmissor, o codificador de simbolo codifica dados no primeiro sinal antes da transmissão para o dispositivo portador de sinal.
9. 9. Dispositivo de acordo com a reivindicação 9, CARACTERIZADO pelo fato de ainda compreender um modulador acoplado dentro do transmissor, o modulador converte o primeiro sinal codificado para um sinal de banda passante.
10. 10. Dispositivo de acordo com a reivindicação 9,

    CARACTERIZADO pelo fato de que o modulador compreende um modulador de banda passante que converte o primeiro sinal codificado em comprimentos de onda desejados que variam de 0,1

    mm a 10 mm.
11. 11. Dispositivo de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o condutor compreende pelo menos um metal selecionado de um grupo que consiste em: cobre, aluminio, aço e aço inoxidável.
12. 12. Dispositivo de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o isolador dielétrico compreende um material não condutor selecionado entre um grupo consistindo de: papel, polpa, plástico, polietileno e PVC.
13. 13. Dispositivo de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que pelo menos uma blindagem condutora cobre pelo menos um fio.

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    4/Ί
14. 14. Dispositivo de acordo com a reivindicação 13, CARACTERIZADO pelo fato de que a blindagem condutora compreender um metal selecionado de um grupo consistindo em: cobre, alumínio, aço e aço inoxidável.
15. 15. Dispositivo de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que pelo menos um acoplador compreende um polarizador acoplado ao transmissor, o polarizador converte uma polarização do primeiro sinal recebido do transmissor para uma primeira polarização relacionada com um acoplamento de pelo menos um modo de guia de onda dentro do pluralidade de modos de guias de ondas.
16. 16. Dispositivo de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que pelo menos um acoplador compreende uma lente de focagem de sinal que focaliza o primeiro sinal recebido do transmissor para um primeiro local no meio de transmissão, sendo a primeira localização relacionada com uma eficiência de acoplamento para pelo menos um modo de guia de ondas dentro da pluralidade de modos de guias de ondas.
17. 17. Dispositivo de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o acoplador acopla o primeiro sinal recebido do transmissor para uma pluralidade de fios, incluindo pelo menos um par de fios que acoplam a um único receptor.
18. 18. Dispositivo de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que a pluralidade de modos de guias

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    5/7 de ondas compreende pelo menos um modo selecionado de um grupo consistindo em: magnético transversal, eletromagnético transversal de plasma, linha de transmissão, reflexão interna total e modos elétricos transversais.
19. 19. Dispositivo de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que um ou mais dos modos de guias de ondas são acoplados ao ar e se propagam como um sinal de rádio para um receptor.
20. 20. Dispositivo de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o primeiro sinal se propaga pelo menos parcialmente no ar em volta do pelo menos um fio.
21. 21. Dispositivo para receber sinais, CARACTERIZADO pelo fato de compreender:

    um receptor acoplado para receber sinais de um ou mais dispositivos portadores de sinal tendo propriedades de guia de ondas e suportando uma pluralidade de modos de guias de ondas, o receptor tendo uma pluralidade de antenas que recebe um primeiro sinal do meio de transmissão com base em método de treinamento que transmite sinais através da pluralidade de antenas; e pelo menos um acoplador acoplado entre o receptor e o dispositivo portador de sinal, pelo menos um acoplador acopla os sinais do dispositivo portador de sinal através de pelo menos um modo de guia de onda dentro da pluralidade de modos de guias de ondas; e

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    6/Ί em que o dispositivo portador de sinal compreende pelo menos um fio, cada fio compreendendo um condutor coberto com um isolador dielétrico, sendo o primeiro sinal comunicado em torno de pelo menos um fio.
22. 22. Dispositivo de acordo com a reivindicação 21, CARACTERIZADO pelo fato de ainda compreender:

    um sensor acoplado dentro do receptor, o sensor converte uma onda eletromagnética em um primeiro modo de guia de onda em um sinal elétrico;

    um pós-cancelador de vetores acoplados para receber o sinal elétrico, o pós-cancelador de vetor reduz a interferência no primeiro sinal elétrico;

    um demodulador acoplado para receber o sinal elétrico, o demodulador converte o sinal elétrico de um sinal elétrico de banda passante para um sinal elétrico de banda de base; um decodificador de símbolos acoplado para receber o conjunto de símbolos recebidos, o decodificador de símbolos descodifica os dados do conjunto de símbolos recebidos.
23. 23. Método para treinar um sistema que comunica sinais usando pelo menos um moda guia de ondas, o método sendo CARACTERIZADO por compreender:

    enviar sequências de sondagem para pelo menos um receptor, cobrindo pelo menos uma frequência subportadora candidata em cada uma de uma pluralidade de canais de transmissão de dados, sendo cada uma da pluralidade de canais

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    7/7 de transmissão de dados acoplados a uma antena de transmissão e a uma antena receptora;

    para cada uma da pluralidade de canais de transmissão de dados, recebendo uma realimentação de resposta de canal de pelo menos um receptor em pelo menos uma frequência subportadora candidata;

    estimar as respostas do canal para pelo menos um canal de transmissão de dados;

    no caso de mais de um canal de transmissão de dados, estimando respostas de diafonia entre pelo menos um dos pares da pluralidade de canais de transmissão de dados; com base nas respostas estimadas dos canais e nas respostas de diafonia, identificar pelo menos uma frequência subportadora para cada canal de transmissão de dados; e para cada canal de transmissão de dados, selecionar uma das frequências subportadoras identificadas como uma frequência subportadora preferida para transmissão de dados.