BRPI0621891B1

BRPI0621891B1 - Método para comunicação de dados binários através de um sinal elétrico de uma linha de energia elétrica submarina e modem para comunicação de dados binários

Info

Publication number: BRPI0621891B1
Application number: BRPI0621891-1A
Authority: BR
Inventors: Endre Brekke; Vegard Horten; Vidar Steigen
Original assignee: Simens Aktiengesellschaft
Priority date: 2006-07-24
Filing date: 2006-07-24
Publication date: 2019-07-30
Also published as: US20100284453A1; BRPI0621891A2; NO20090795L; RU2407149C2; WO2008011889A1; RU2009106076A; CN101502017A; NO343531B1; EP2044696A1; EP2044696B1; US8199798B2

Abstract

método e modem para comunicação de linha de energia elétrica submarina. a presente invenção refere-se a um método e a um modem (1) para comunicação de dados binários através de um sinal elétrico (e, e1, e2) de uma linha de energia elétrica submarina (2), onde os referidos dados binários são modulados no referido sinal elétrico (e~modrf~, e1~modrf~, e2~modrf~) usando uma multiplexação de divisão de frequência ortogonal (ofdm).

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para MÉTODO PARA COMUNICAÇÃO DE DADOS BINÁRIOS ATRAVÉS DE UM SINAL ELÉTRICO DE UMA LINHA DE ENERGIA ELÉTRICA SUBMARINA E MODEM PARA COMUNICAÇÃO DE DADOS BINÁRIOS.

[001] A presente invenção refere-se a um método e a um modem para uma comunicação de linha de energia elétrica submarina, isto é, para a transmissão de dados binários através de um sinal elétrico de uma linha de energia elétrica submarina.

[002] Uma comunicação de linha de energia elétrica submarina é uma forma especial de comunicação submersa. Preferencialmente é usada da exploração e na exploração de campos de gás e de óleo localizados no leito do mar. Uma comunicação submersa é usada, por exemplo, para a transmissão de vários dados entre locais de controle de lado de topo e cabeças de poço submersas. Os campos de gás e de óleo que são explorados ou explorados usando-se uma comunicação eletrônica com as cabeças de poço ou com outro equipamento eletrônico às vezes são denominados campos eletrônicos (ecampos).

[003] Na técnica anterior, técnicas diferentes para comunicação submarina foram descritas. Por um lado, há conexões elétricas ou óticas com fio; por outro lado, há conexões sem fio. As conexões com fio podem ser subdivididas em um primeiro grupo que provê linhas de comunicação para conexões eletrônicas ou óticas separadas das linhas de energia elétrica, e um segundo grupo que utiliza linhas de energia elétrica para comunicações eletrônicas. No último caso, vantajosamente nenhuma linha de comunicação em separado é necessária. [004] Por exemplo, na US 2005/0243983 A1, um modem para recepção e transmissão de dados a partir de e para um condutor é descrito. Ele compreende um drive de saída para transmissão de da

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2/17 dos para o condutor, um receptor para recepção de dados a partir do condutor e um meio de combinação de impedância para combinação de uma impedância de uma entrada de receptor com uma impedância do condutor. Um ganho do drive de saída, um ganho de receptor e a impedância da entrada de receptor são ajustáveis neste modem.

[005] Todos os modems conhecidos para comunicação de linha de energia elétrica submarina usam algum tipo de técnicas de modulação de chaveamento de deslocamento de frequência, permitindo taxas de bit de até 19200 bits/s e faixas operacionais de até 100 km. Para esta finalidade, os modems conhecidos fazem uso de duplexadores compreendendo um filtro de passa baixa para o sinal elétrico e um filtro de passa alta para os dados binários modulados, filtrando frequências acima e abaixo de 100 kHz, respectivamente.

[006] É um objetivo da invenção especificar um método e um modem para comunicação de linha de energia elétrica submarina por meio da qual uma comunicação é possível a taxas de bit significativamente mais altas e faixas operacionais maiores.

[007] Para a finalidade da invenção, é entendido que sempre que uma declaração se referir a uma modulação, ela pode ser relacionada de forma alternativa ou adicional a uma demodulação de uma forma correspondente.

[008] A invenção propõe a modulação de dados binários no sinal elétrico de uma linha de energia elétrica submarina usando-se uma multiplexação de divisão de frequência ortogonal (OFDM), em particular em um modem apropriado. De acordo com a invenção, a OFDM preferencialmente é realizada nos dois modems em comunicação, um no leito do mar e um no lado de topo. Desta forma, uma conexão de ponto a ponto a uma taxa de bit alta de até 3 Mbit/s pode ser provida, por exemplo, entre uma unidade eletrônica submarina e um local de controle de lado de topo.

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3/17 [009] Com OFDM, a qual em si é conhecida a partir de uma difusão de televisão, o modem de transmissão envia múltiplas frequências ortogonais diferentes denominadas bandas portadoras ou canais. Duas bandas portadoras são ditas como sendo ortogonais se elas forem independentes uma da outra com referência a sua relação de fase relativa. Os dados binários são modulados no sinal elétrico na forma de assim denominados símbolos de OFDM.

[0010] Usar OFDM para comunicação de linha de energia elétrica submarina resulta em várias vantagens. As bandas portadoras diferentes podem ser próximas umas das outras em termos de frequência, desse modo se possibilitando uma eficiência de espectro alta, permitindo uma taxa de bit total alta. Além disso, a OFDM permite uma filtração fácil de ruído. Se uma certa faixa de frequência encontrar uma interferência, as respectivas bandas portadoras poderão ser operadas a uma taxa de bit mais baixa ou poderão mesmo ser desabilitadas. Desta forma, uma faixa operacional alta de até 200 km pode ser obtida. Adicionalmente, pela atribuição de números apropriados de bandas portadoras para transmissão a montante e a jusante, as respectivas taxas de bit podem ser ajustadas, conforme requerido.

[0011] Em modalidades preferidas, uma faixa de frequência em um intervalo de 2 kHz a 400 kHz é usada para OFDM, isto é, os referidos dados binários modulados. É possível usar uma faixa de frequência tendo a mesma largura que este intervalo ou mais estreita do que este intervalo, por exemplo, de 10 kHz a 400 kHz. Esta modalidade provê uma banda de frequência larga para OFDM, daí possibilitando um número maior de bandas portadoras e, assim, taxas de bit altas. Isto é obtido em particular pelo uso de frequências abaixo de 100 kHz, em contraste com a técnica anterior. Assim, uma transmissão de banda larga é possível, resultando em taxas de bit mais altas. O limite superior de 400 kHz reduz um ruído de alta frequência causado por su

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4/17 primentos de energia elétrica comutados e seus harmônicos, bem como um ruído capturado a partir de fontes de lado de topo. Além disso, a atenuação de cabos submarinos é alta em frequências acima de 400 kHz.

[0012] Vantajosamente, o sinal elétrico é passado através de um filtro de passa baixa, e os dados binários modulados são passados através de um filtro de passa banda. Os filtros preferencialmente estão compreendidos em uma unidade de duplexador do modem. O filtro de passa banda permite a passagem através de frequências a partir de 2 kHz a 400 kHz para um melhor sinal obtenível. O filtro de passa baixa permite o corte da perturbação do ruído de frequência baixa a partir do lado de topo e de suprimentos de energia elétrica submarinos, antes do sinal de modem ser sobreposto à linha de energia elétrica submarina. Preferencialmente, o filtro de passa baixa começa a se flexionar a partir de 2 kHz e até 0 kHz.

[0013] Em uma modalidade preferida, de 10 a 200 bandas portadoras individuais são usadas na referida faixa de frequência. Se muitas bandas portadoras forem usadas, cada banda portadora poderá operar a uma taxa de bit lenta. Assim, a duração dos símbolos de OFDM transmitidos pode ser longa, reduzindo-se a sensibilidade da transmissão a um ruído de impulso. A faixa de operação pode ser aumentada desse modo. Devido ao grande número de bandas portadoras, uma taxa de bit total alta pode ser obtida, não obstante.

[0014] Preferencialmente, um ganho de pelo menos uma das referidas bandas portadoras é dinamicamente ajustado. Desta forma, mesmas bandas portadoras fracas com ruído alto podem ser usadas para uma transmissão.

[0015] Para erros mínimos de transmissão, pelo menos uma das bandas portadoras é classificada como sendo usável ou não usável, dependendo de um limite predefinível em uma sequência de treinaPetição 870190007035, de 23/01/2019, pág. 7/27

5/17 mento com um modem parceiro conectado.

[0016] Preferencialmente, aquelas das referidas bandas portadoras que forem classificadas como sendo não usáveis são mascaradas. [0017] Em uma modalidade vantajosa, dados de diagnóstico são modulados no referido sinal elétrico em bandas portadoras de reserva, em paralelo com os referidos dados binários. Isto possibilita um diagnóstico durante uma operação normal do modem, sem restrição da largura de banda disponível dos dados de carga útil binários reais.

[0018] Em uma modalidade sofisticada, os referidos dados binários são obtidos a partir de ou enviados para uma unidade eletrônica através de uma conexão de Ethernet. Um modem correspondente provê pelo menos uma conexão de Ethernet. Isto possibilita taxas de bit altas para conexões externas. Preferencialmente, um modem como esse compreende uma unidade de processamento central de conjunto de instrução reduzido para a provisão da referida conexão de Ethernet. Em uma modalidade sofisticada como essa, um modo de recepção ou um modo de transmissão preferencialmente são negociados através da referida linha de energia elétrica. Isto permite prover uma comunicação duplex plena entre dois modems pela alternância da direção de transmissão, conforme requerido.

[0019] A vantagem obtida pela invenção é em particular que a taxa de bit de transmissão possível e a faixa operacional possível são significativamente melhoradas, em comparação com modems da técnica anterior.

[0020] A seguir, a invenção é descrita em maiores detalhes com vários desenhos.

[0021] A figura 1 mostra um diagrama de blocos de um modem de acordo com a invenção.

[0022] A figura 2 mostra o modem e seu duplexador em uma vista lateral esquemática

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6/17 [0023] A figura 3 mostra um diagrama de blocos do duplexação.

[0024] A figura 4 mostra um diagrama de circuito do duplexador.

[0025] A figura 5 mostra um fluxograma de estágios de modem após ativação do modem.

[0026] A figura 6 mostra um fluxograma do estágio de Inicialização.

[0027] As figuras 7, 8 mostram um diagrama de blocos de um outro modem provendo uma conectividade de Ethernet.

[0028] Em todos os desenhos, partes correspondentes são denotadas por sinais de referência idênticos.

[0029] A figura 1 mostra um diagrama de blocos de exemplo de um modem 1 para comunicação através de uma linha de energia elétrica submarina 2 com unidades eletrônicas 3, por exemplo, um ecampo submarino de controle. A linha de energia elétrica 2 também é denominada o umbilical.

[0030] O modem 1 compreende um percurso de recepção 4 e um percurso de transmissão 5 para comunicação de dados entre a linha de energia elétrica 2 e as unidades eletrônicas 3.

[0031] Em maiores detalhes, o modem 1 compreende um arranjo de porta programável de campo (FPGA), um processador de sinal digital 7 (DSP), uma linha de processamento de analógico para digital 8 e uma linha de processamento de digital para analógico 9. Ambas as linhas de processamento 8 e 9 são conectadas a um duplexador 10 através de uma interface diferencial (não mostrada) e com o arranjo de porta programável de campo 6. Pelo duplexador 10, o modem 1 é conectável à linha de energia elétrica submarina 2.

[0032] Mais ainda, o arranjo de porta programável de campo 6 provê duas interfaces seriais externas bidirecionais independentes 11 e 12, por exemplo, uma conexão RS-485 11 conectável a um assim denominado PROFIBUS para dados de carga útil binários, e uma coPetição 870190007035, de 23/01/2019, pág. 9/27

7/17 nexão RS-232 12 para dados de diagnóstico.

[0033] Por um lado, o arranjo de porta programável de campo 6 cria um sinal de RF modulado por OFDM a partir dos dados binários obtidos a partir da conexão RS-485 11 e, se requerido, a partir dos dados de diagnóstico obtidos a partir da conexão RS-232 12 no percurso de transmissão 5. Estes dados são modulados como o sinal de RF modulado por OFDM no sinal elétrico EmodRF da linha de energia elétrica 2. Por outro lado, o arranjo de porta programável de campo 6 demodula um sinal modulado por OFDM EmodRF obtido a partir da linha de energia elétrica 2 através do duplexador 10 em dados de carga útil binários no percurso de recepção 4 e, se necessário, em dados de diagnóstico que são extraídos para a conexão RS-485 11 e a conexão RS232 12, respectivamente.

[0034] Como os custos de computação são altos para multiplexação de divisão de frequência, o arranjo de porta programável de campo 6 utiliza um processador de sinal digital 7 para modulação e demodulação. Os processadores de sinal digital apropriados 7 com uma memória flash de programa 13 e uma memória de dados 14 estão comercialmente disponíveis. O processador de sinal digital 7 é conectado através de uma interface 15 que compreende registradores de programação com o arranjo de porta programável de campo 6. A interface é sincronizada com 48 MHz por um laço de fase travada de relógio com uma frequência de referência, por exemplo, de 2 MHz, de um oscilador de voltagem controlada 17.

[0035] Para modulação e demodulação por OFDM, o modem 1 usa, por exemplo, 195 bandas portadoras individuais, isto é, canais, com uma faixa de frequência de 10 kHz a 400 kHz. Outras faixas de frequência em um intervalo de 2 kHz a 400 kHz são possíveis. Em particular, um operador pode atribuir ou bloquear bandas portadoras específicas, conforme requerido. Para cada banda portadora, uma das

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8/17 técnicas de modulação conhecidas, QPSK, 16-QAM ou 64-QAM, pode ser usada. O modem 1 automaticamente seleciona a escolha ótima para a modulação em particular. Contudo, um operador pode regular uma constelação máxima. O modem 1 mede uma relação de sinal para ruído (SNR) para cada banda portadora e aloca energia elétrica de modo a maximizar a taxa de transmissão. Desse modo, ele provê uma taxa de bit de até 3 Mbit/s e uma faixa operacional de até 200 km. A conexão RS-232 12 tem uma taxa de bit máxima de 115200 bit/s.

[0036] O duplexador 10 é capaz de conectar um modem de frequência de rádio 1 a ambas as extremidades da linha de energia elétrica 2, de forma tal que dois modems 1 sejam capazes de se comunicarem um com o outro, enquanto o cabo de linha de energia elétrica também é usado para a distribuição de energia elétrica. Para esta finalidade, o duplexador 10 mantém a impedância de sinal do sinal elétrico E da linha de energia elétrica 2. O duplexador 10, parte do modem de OFDM 1, é projetado para uma conexão de ponto a ponto entre os sistemas de controle de lado de topo e submarino. Ele provê uma largura de banda similar a ou maior do que seus circuitos a montante 6 a 9 para transmissão do sinal modulado RF sem distorção.

[0037] O duplexador 10 é disposto de forma compacta no modem

1. A figura 2 mostra como os componentes do duplexador 10, por exemplo, dois transformadores 18, alternam-se com os componentes de uma placa de circuito impresso 19 (resumidamente denominada PCB), por exemplo, o arranjo de porta programável de campo 6 e o processador de sinal digital 7, sem tocá-los. Os dois transformadores 18 são muito compactos e ficam sobre a placa de circuito impresso 19 no lado de baixo; os componentes de IC, por exemplo, o arranjo de porta programável de campo 6 e o processador de sinal digital 7, ficam no lado de baixo e/ou no lado de cima da placa de circuito impresso

19. Os componentes são montados em ambos os lados, por exemplo,

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9/17 de uma placa de circuito impresso de seis camadas 19. Desse modo, o modem inteiro 1 é muito compacto, já que seu tamanho físico deve ser mínimo para aplicações de sistema de controle submarino.

[0038] A figura 3 mostra um diagrama de blocos do duplexador 10, que compreende um filtro de passa baixa 20 para o sinal elétrico E1, E2 e um filtro de passa banda 21 para os dados binários modulados. O duplexador 10 é uniforme para modems submarinos e de lado de topo

1.

[0039] No caso de um duplexador de lado de topo 10, um suprimento de energia elétrica 22 das unidades eletrônicas de lado de topo 3 com sinais de energia elétrica E1 e E2 é conectado à extremidade direita do diagrama de blocos. O sinal de frequência de rádio RF é introduzido a partir do arranjo de porta programável de campo 6, com os assim denominados circuitos de OFDM 6 a 9, isto é, os dados binários modulados. Os sinais de energia elétrica modulados por OFDM E1modRF, E2modRF então são conduzidos em direção às linhas de energia elétrica submarinas 2 no lado esquerdo do diagrama de blocos.

[0040] Um duplexador 10 para uso submarino recebe o sinal de energia elétrica modulado por OFDM EmodRF no lado esquerdo do diagrama de blocos. O sinal de frequência de rádio RF, que representa os dados binários modulados, é extraído pelo filtro de passa banda 21, o qual é conectado aos circuitos de OFDM no arranjo de porta programável de campo 6. O suprimento de energia elétrica submarino 22 é conectado no lado direito do diagrama de blocos.

[0041] O filtro de passa baixa 20 filtra ruído a partir dos suprimentos de energia elétrica 22 a serem alimentados para a parte de comunicação da linha de energia elétrica submarina 2. O filtro de passa banda 21 permite que frequências de 10 kHz a 400 kHz sejam passadas através dele.

[0042] Na figura 4, o diagrama de circuito do duplexador 10 é des

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10/17 crito. Em comparação com a figura 3, o circuito do duplexador 10 é provido no lado esquerdo com o sinal de energia elétrica EmodRF1, EmodRF2 combinado com o sinal de dados binários modulados. O sinal de frequência de rádio RF é extraído para os circuitos de OFDM do arranjo de porta programável de campo 6 no fundo. Um suprimento de energia elétrica 22 é conectado no lado direito para uma filtração de frequência de passa baixa.

[0043] A filtração de lado de energia elétrica provê uma atenuação de modo diferencial de mais do que 45 dB na faixa de 2 kHz a 5 kHz e de mais de 70 dB na faixa de 5 kHz a 500 kHz. O modo de atenuação comum entre 2 kHz e 500 kHz é de mais de 80 dB.

[0044] A filtração de lado de sinal provê uma atenuação de modo diferencial de menos de 2 dB na faixa de 2 kHz a 500 kHz. A atenuação de modo comum entre 2 kHz e 500 kHz é maior do que 60 dB. O atraso de grupo é menor do que 75 ps para de 2 kHz a 5 kHz, e de menos de 5 ps para de 5 kHz a 500 kHz.

[0045] Na figura 5, são mostrados os estágios diferentes pelos quais o modem 1 passa, após uma energia elétrica ser provida para ele. Há quatro estágios: ativação, inicialização, sequência de treinamento e operação normal. Durante o estágio de ativação, parâmetros persistentes no processador de sinal digital 7 são regulados e diodos emissores de luz (LED, não mostrados) mostrando uma informação externamente são comutados apropriadamente. Os parâmetros persistentes incluem, por exemplo, o tipo de modem, o número de série do modem e a revisão de hardware, um intervalo de guarda de OFDM, a taxa de transmissão de PROFIBUS, a energia elétrica de saída disponível, o ganho de recepção (Rx), a atenuação de recepção, a margem de relação de sinal para ruído, um padrão de canal de enlace descendente e um padrão de canal de enlace ascendente.

[0046] Após o estágio de ativação, o modem 1 automaticamente

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11/17 começa o estágio de inicialização. A inicialização compreende diferentes estágios que são mostrados na figura 6. Durante o estágio de inicialização, o modem 1 nunca usa mais de um canal em um dado instante de tempo. Nos estados MegaSync e BestChannel, o modem 1 transmite sequencialmente a partir do canal ativo mais baixo até o canal ativo mais alto. No estado CommParam, o modem 1 transmite em um canal apenas.

[0047] No estado MegaSync, o modem 1 envia uma sequência de sinal definível sequencialmente em cada um dos canais ativos. O modem remoto (não mostrado) recebe estes sinais de MegaSync e realiza as etapas a seguir. Se o nível de sinal medido for baixo, o modem remoto 1 automaticamente aumentará o ganho de recepção tanto quanto possível. Um nível de sinal de aproximadamente 90 dB é tolerado, antes de um corte. Se o nível de sinal for alto demais (um corte ocorre), o modem remoto 1 reduzirá o ganho de recepção até o corte ser insignificante. O ganho de recepção total é dividido entre duas partes, ganho de recepção e atenuação de recepção. O ganho de recepção pode ser ajustado de 0 a 24 dB. A atenuação de recepção pode ser habilitada, resultando em uma atenuação de 11 dB, ou desabilitada, resultando em uma atenuação de 0 dB. Daí um ganho total de 24 + 11 = 35 dB pode ser obtido. Por padrão, o ganho é regulado para um máximo. Subsequentemente, o modem remoto 1 mede valores da relação de sinal para ruído para cada canal. Então, o canal tendo o valor mais alto de relação de sinal para ruído é atribuído para ser o Melhor Canal.

[0048] O modem de lado de tamponamento sempre começa em MegaSync, enquanto o modem submarino sempre entra em um estado de receber MegaSync. Se após duas tentativas o modem de lado de topo não tiver recebido qualquer MegaSync a partir do modem submarino, um LED apropriado será iluminado para sinalizar a

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12/17 ruptura do umbilical. Este LED é apagado assim que um MegaSync seja recebido a partir do modem submarino. Um LED de inicialização é iluminado assim que o modem entrar no estado de MegaSync.

[0049] No estado de BestChannel, o modem 1 envia uma informação sobre o melhor canal sequencialmente em cada um dos canais ativos. Um código de soma de verificação CRC8 é aplicado à mensagem de BestChannel.

[0050] No estado de CommParam, o modem 1 transmite uma informação sobre os parâmetros de comunicação a serem aplicados durante os estágios de Sequência de treinamento e de Operação normal. Quais parâmetros são enviados depende da direção de transmissão e do respectivo canal usado. Eles são descritos na tabela a seguir:

	Modem de lado de topo para modem submarino	Modem submarino para modem de lado de topo
Por canal	Energia elétrica de enlace ascendente Modulação de enlace ascendente Máscara de canal de enlace descendente Máscara de canal de enlace ascendente	Energia elétrica de enlace descendente Modulação de enlace descendente SNR de enlace descendente
Geral	Margem de SNR Taxa de UART de PROFIBUS

[0051] Conforme pode ser visto, o modem submarino realiza uma alocação de energia elétrica para o modem de lado de topo, enquanto o modem de lado de topo realiza uma alocação de energia elétrica para o modem submarino. Toda a energia elétrica de saída disponível é alocada, então. Um código CRC32 é aplicado à mensagem de CommParam. A mensagem de CommParam é transmitida para o

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BestChannel apenas. Quando se completa o estado de CommParam, o LED de inicialização é apagado.

[0052] Quando uma inicialização está completada, o modem 1 e o modem remoto entram no estágio de sequência de treinamento. Uma Sequência de Treinamento é transmitida de modo a se obter uma estimativa de canal inicial e para se testarem a alocação de energia elétrica real e as constelações de modulação. Durante o estágio de sequência de treinamento, o modem 1 usa os parâmetros de comunicação decididos durante o estágio de inicialização. Dessa forma os modems ocuparão a faixa de frequência decidida durante a inicialização.

[0053] Após completarem de forma bem-sucedida o estágio de sequência de treinamento, ambos os modems entram no estágio de operação normal, isto é, eles começam a transferir dados de carga útil binários obtidos a partir de suas conexões RS-485 de PROFIBUS 11.

[0054] O modem 1 tem uma lógica embutida de modo a minimizar a latência. O básico desta lógica é que o modem 1 pode começar uma modulação e uma transmissão de telegrama de PROFIBUS no umbilical antes de receber o telegrama inteiro do computador principal de PROFIBUS conectado na conexão RS-485 11. De modo similar, na extremidade de recepção, o modem remoto pode começar a transmitir um telegrama de PROFIBUS para seu computador principal de PROFIBUS antes de receber o telegrama de PROFIBUS inteiro a partir do umbilical. O cálculo quanto a quando começar a transmitir um telegrama de PROFIBUS é baseado na taxa de bit de PROFIBUS, a qual é definível como um parâmetro do modem 1, e o comprimento de telegrama de PROFIBUS, o qual é dado pelo primeiro byte no respectivo telegrama.

[0055] Uma exigência geral para uma transmissão de PROFIBUS é que nenhum espaço interbyte seja permitido entre bytes consecuti

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14/17 vos em um telegrama. Dessa forma o modem 1 deve assegurar esta exigência, quando calculando quando começar a transmitir os telegramas de PROFIBUS. O intervalo de tempo de PROFIBUS, o qual é configurado no equipamento de PROFIBUS e assim faz parte dos parâmetros de barramento, deve ser configurado de modo a se prover uma latência extra adicionada pelos modems em comunicação. Os modems devem ser capazes de trabalharem com os intervalos de tempo mínimos dados pela tabela a seguir:

Taxa de bit de PROFIBUS [kbits/s]	Intervalo de tempo mínimo
9,6	220
19,2	250
93,75	800
187,5	1500
500	3800
1500	7000
3000	13000

[0056] A estimativa de canal inicial realizada no estágio de sequência de treinamento é regularmente atualizada por meio do recebimento de dados de PROFIBUS. Os modems em comunicação basicamente requerem que novos dados sejam recebidos aproximadamente a cada 100 ms, de modo a manterem uma estimativa de canal correta. Se, por alguma razão, o período entre dois telegramas de PROFIBUS consecutivos exceder a 100 ms, o respectivo modem enviando transmitirá um pacote de expiração, de modo a manter a estimativa de canal. Este pacote de expiração pode fazer com que um telegrama de PROFIBUS seja corrompido; dessa forma uma retransmissão de PROFIBUS pode ocorrer. Devido aos pacotes de expiração, os modems são capazes de manterem o enlace, mesmo se nenhum dado de PROFIBUS for aplicado.

[0057] Adicionalmente, um canal de controle é implementado co

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15/17 mo um canal paralelo ao canal de dados de PROFIBUS através do umbilical. A finalidade do canal de controle é transferir dados de diagnóstico, isto é, parâmetros e mensagens, a partir do modem submarino para uma ferramenta de diagnóstico conectada ao modem de lado de topo, sem afetar a taxa de bit dos dados de carga útil binários. Para esta finalidade, os dados de diagnóstico são modulados no sinal elétrico da linha de energia elétrica em bandas portadoras de OFDM de reserva, em paralelo com os referidos dados de carga útil binários. O canal de controle é estabelecido tão logo os modems entrem no estágio de operação normal.

[0058] O modem 1 pode ser forçado em um modo de teste de saída de onda seno. Então, o estágio de operação normal é parado e o modem 1 é configurado para extração de uma onda seno em um canal em particular. Isto é um mecanismo fácil para verificação da funcionalidade do circuito analógico de modem. De modo a entrar no modo de teste de extração de onda seno, um parâmetro bRunSinTest correspondente é regulado para verdadeiro, o canal de saída desejado é através de um parâmetro SineTestChannel entre 0 e 194. A largura de banda de canal é de aproximadamente 1,95 kHz, daí a frequência central aproximada da onda seno extraída sendo SineTestChannel * 1,95 kHz. Após isso, o modem 1 é iniciado.

[0059] Além disso, o modem 1 pode ser forçado em um modo de teste de ruído. Isto significa que o modo de operação normal é parado, e o modem 1 é configurado para um estado de recepção apenas. Neste estado, o amplificador de energia elétrica é desligado. Isto é um mecanismo fácil para visualização da entrada de ruído de modem. De modo a entrar no modo de teste, um parâmetro bRunNoiseTest é regulado para verdadeiro. Após isso, o modem 1 é iniciado.

[0060] A figura 7 mostra um diagrama de blocos de um outro modem de exemplo 1 que é configurado similar àquele da figura 1. Ao

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16/17 invés de um circuito de interface serial para uma conexão RS-485, o modem 1 compreende uma unidade de processamento central de conjunto de instrução reduzido (RISC) 23 com um controlador de Ethernet embutido (não mostrado) provendo uma conexão de Ethernet externa 24 para uma unidade eletrônica 3. A unidade de processamento central de conjunto de instrução reduzido 23 tem uma interface com o processador de sinal digital 7 através do arranjo de porta programável de campo 6.

[0061] A unidade de processamento central de conjunto de instrução reduzido 23 está em um modo de transmissão ou em um modo de recepção. No modo de recepção, a unidade de processamento central de conjunto de instrução reduzido 23 lê quadros de Ethernet a partir do controlador de Ethernet e escreve os quadros em um buffer no arranjo de porta programável de campo 6. No modo de transmissão, a unidade de processamento central de conjunto de instrução reduzido 23 lê quadros a partir do buffer do arranjo de porta programável de campo 6 e escreve os quadros no respectivo controlador de Ethernet. Se quadros surgirem que sejam para serem enviados para o controlador de Ethernet, enquanto a unidade de processamento central de conjunto de instrução reduzido 23 estiver no modo de recepção, isto é, estiver lendo a partir do controlador de Ethernet, a unidade de processamento central de conjunto de instrução reduzido 23 armazenará em buffer os quadros surgindo até a direção de transmissão ser mudada para o modo de transmissão.

[0062] A direção de transmissão é negociada pelos dois modems conectados 1, de forma tal que ambos os modems 1 em todos os momentos estejam de acordo quanto à direção de transmissão. Isto é denominado uma programação de direção de transmissão. Com um par de modems conectados 1, o seguinte sempre se aplicará: um dos modems 1 estará no modo de transmissão e o outro modem 1 estará no

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17/17 modo de recepção. Se um modem 1 estiver em modo de transmissão ele ficará neste modo, desde que tenha dados pendentes a transmitir, ou até um intervalo de tempo parametrizado predefinido ter decorrido. Quando uma destas duas condições se aplicar, a direção de transmissão reverterá. Quando um dos modems 1 entra no modo de transmissão e não tem dados pendentes a transmitir, a direção de transmissão será revertida após um intervalo de tempo parametrizado curto.

[0063] Um par de modems 1 conectados por uma linha de energia elétrica 2 constitui um enlace de comunicação de meio duplex (não mostrado). Com a programação de direção de transmissão descrita acima, os modems 1 constituirão um enlace de comunicação de ponto a ponto de duplex pleno para os nós de Ethernet em ambos os lados do enlace de comunicação.

[0064] A figura 8 mostra um diagrama de blocos de um outro modem 1 que é configurado similar àquele da figura 7. Contudo, a unidade de processamento central de conjunto de instrução reduzido 23 tem dois controladores de Ethernet embutidos (não mostrados) provendo duas conexões de Ethernet externas 24 para duas unidades eletrônicas diferentes 3. Para cada uma das conexões de Ethernet 24, um respectivo cabo de par trançado duplo é usado. As duas conexões de Ethernet 24 permitem dos enlaces de comunicação de ponto a ponto simultâneos por uma única conexão de linha de energia elétrica 2. A comunicação através das conexões de Ethernet 2 pode ser realizada usando-se a programação de direção de transmissão, conforme descrito acima para cada conexão de Ethernet 24 separadamente. Alternativamente, uma transmissão em meio duplex simples pode ser usada.

Claims

1. Método para comunicação de dados binários através de um sinal elétrico (E, E1, E2) de uma linha de energia elétrica submarina (2), compreendendo, estabelecer uma conexão ponto a ponto entre uma unidade eletrônica submarina e uma unidade eletrônica de lado de topo (3) para transmissão dados binários por meio de um sinal elétrico (E, E1, E2) da linha de energia elétrica submarina (2), caracterizado pelo fato de que, em uma da unidade eletrônica submarina e da unidade eletrônica de lado de topo (3), modular dados binários para o ditos sinal elétrico (EmodRF, E1modRF, E2modRF) usando uma multiplexação de divisão de frequência ortogonal (OFDM), usando 10 a 200 bandas portadoras individuais em uma faixa de frequência de rádio (RF) selecionada, comunicar os dados binários modulados em OFDM por meio da linha de energia elétrica submarina (2) para a outra da unidade eletrônica submarina e unidade eletrônica de lado de topo (3), e na outra unidade eletrônica submarina e unidade eletrônica de lado de topo (3), demodular os dados binários modulados em OFDM, incluindo passar o sinal elétrico (E, E1, E2) através de um filtro passa baixa (20), e passar a referida frequência de rádio (RF) com os dados binários modulados através de um filtro de passa banda (21).

2. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que um ganho de pelo menos uma das referidas bandas portadoras é dinamicamente ajustado.

3. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que, em uma sequência de treinamento com um modem parceiro conectado (1), pelo menos uma das referidas bandas portadoras é classificada como sendo utilizável ou não utilizável, dependendo

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2/3 de um limite predeterminado.

4. Método, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que aquelas das referidas bandas portadoras que são classificadas como sendo não utilizáveis são mascaradas.

5. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que os dados de diagnóstico são modulados no referido sinal elétrico (E, E1, E2) em bandas portadoras de reserva, em paralelo com os referidos dados binários.

6. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que os referidos dados binários são obtidos a partir de ou enviados para uma unidade eletrônica (3) através de uma conexão de Ethernet (24).

7. Método, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que um modo de recepção ou um modo de transmissão é negociado através da referida linha de energia elétrica (2).

8. Modem para comunicação de dados binários, o modem sendo localizado em uma unidade eletrônica submarina e conectada com uma unidade eletrônica de lado de topo por meio de uma linha de energia elétrica submarina (2), caracterizado pelo fato de que, o modem (1) é operável para usar uma multiplexação de divisão de frequência ortogonal (OFDM) para modulação dos dados binários em um sinal elétrico (EmodRF, E1modRF, E2modRF) para comunicação com a unidade eletrônica de lado de topo por meio da referida linha de energia elétrica (2), a modulação usando de 10 a 200 bandas portadoras individuais em uma faixa de frequência de rádio (RF) selecionada, e o modem (1) compreende um duplexador (10) para demodular os dados binários modulados em OFDM recebidos da unidade eletrônica de lado de topo por meio de um sinal elétrico (E, E1, E2)

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3/3 transportado pela linha de energia elétrica submarina (2), o duplexador (10) compreendendo um filtro de passa baixa (20) para o referido sinal elétrico (E, E1, E2) e um filtro de passa banda (21) para uma frequência de rádio (RF) compreendendo os referidos dados binários modulados em OFDM.

9. Modem (1), de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que ajusta dinamicamente um ganho de pelo menos uma das referidas bandas portadoras individuais.

10. Modem (1), de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que realiza uma sequência de treinamento com um modem parceiro conectado, onde pelo menos uma das referidas bandas portadoras é classificada como sendo utilizável ou não utilizável, dependendo de um limite predefinido.

11. Modem (1), de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que mascara aquelas das referidas bandas portadoras que forem classificadas como sendo não utilizáveis.

12. Modem (1), de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que modula dados de diagnóstico no referido sinal elétrico em bandas portadoras de reserva, em paralelo com os referidos dados binários.

13. Modem (1), de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que provê pelo menos uma conexão de Ethernet (24).

14. Modem (1), de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de que compreende uma unidade de processamento central de conjunto de instrução reduzido (23) para a provisão da referida conexão de Ethernet (24).