ES2270381T3 - Equipo terminal para enlace hertziano bi-direccional. - Google Patents
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Abstract
Equipo terminal (TAa) para enlace hertziano bi-direccional de emisión y recepción simultáneas, que tiene un primer emisor (EA1) adaptado para emitir una primera señal de datos (S1) en una primera banda de frecuencia útil (BF1) idéntica a aquella en la cual un primer receptor (RA1) recibe una segunda señal de datos (S2), caracterizado porque comprende un segundo receptor (RA2) adaptado para recibir una tercera señal de datos (S3) que tiene una segunda banda de frecuencia útil (BF2) a través de una primera antena (AA1), un primer circulador (CA1) y un filtro (FA3) que tiene la segunda banda de frecuencia útil (BF2) por ancho de banda, y dicho primer emisor (EA1) adaptado para emitir dicha primera señal de datos (S1) que tiene la primera banda de frecuencia útil (BF1) a través de un filtro (FA1) que tiene la primera banda de frecuencia útil (BF1) por ancho de banda, el primer circulador y la primera antena, y un segundo emisor (EA2) adaptado para emitir una cuarta señal de datos (S4) que tienela segunda banda de frecuencia útil (BF2) a través de un filtro (FA4) que tiene la segunda banda de frecuencia útil (BF2) por ancho de banda, un segundo circulador (CA2) y una segunda antena (AA2), dicho primer receptor (RA1) adaptado para recibir la segunda señal de datos (S2) que tiene la primera banda de frecuencia útil (BF1) a través de la segunda antena, el segundo circulador y un filtro (FA2) que tiene la primera banda de frecuencia útil (BF1) por ancho de banda.
Description
Equipo terminal para enlace hertziano
bi-direccional.
La invención concierne a equipos terminales de
un enlace hertziano bi-direccional.
Este enlace hertziano es principalmente
destinado a transmitir según dos direcciones opuestas dos señales
de datos numéricos que tienen flujos de algunos kbits/s a varias
centenas de Mbit/s sobre una distancia entre los dos equipos
comprendida entre algunos kilómetros y una centena de kilómetros.
Las bandas de frecuencia útiles para la transmisión de esas señales
están comprendidas entre 1 GHz y 100 GHz aproximadamente. Una señal
de datos es por ejemplo una señal que soporta canales telefónicos
numéricos multiplexados, o una señal numérica para la
televisión.
Según la técnica anterior, cada equipo terminal
comprende una antena única que funciona en emisión y recepción. La
antena está unida a la salida de un emisor a través de un filtro de
paso de banda que tiene un primer ancho de banda y un circulador, y
a la entrada de un receptor a través del circulador y otro filtro de
paso de banda que tiene un segundo ancho de banda. El emisor
transpone una primera señal de datos de una frecuencia intermedia a
una primera frecuencia portadora de emisión en una primera banda de
frecuencia útil predeterminada que corresponde al primer ancho de
banda. Una segunda señal de datos con una segunda frecuencia
portadora y una segunda banda de frecuencia útil que corresponde al
segundo ancho de banda es captada por la antena, y luego es
transpuesta a la frecuencia intermedia en el receptor.
A fin de evitar interferencias entre las dos
señales de datos, las frecuencias portadoras son diferentes y más
particularmente, las primera y segunda bandas de frecuencia
respectivamente para las primera y segunda señales de datos son
yuxtapuestas y separadas por un intervalo de guarda.
El enlace hertziano
bi-direccional es en general simétrico. Las dos
señales de datos presentan en general un mismo flujo y el emisor de
uno de los equipos terminales está apareado con el receptor del otro
equipo terminal, e inversamente.
En otro enlace hertziano
bi-direccional conocido por la patente francesa FR 2
744 308, las señales de datos en cada equipo terminal son
respectivamente emitidas y recibidas con polarizaciones cruzadas por
dos antenas en bandas de frecuencia distintas separadas por una
banda de frecuencia virgen. Una frecuencia piloto sirve de
frecuencia local común para la transposición de frecuencia en los
dos equipos según los dos sentidos de transmisión. La frecuencia
piloto es transmitida como frecuencia pura según una dirección
descendente a fin de servir de frecuencia portadora de modulación
central a la banda de frecuencia según una dirección ascendente.
En todas esas realizaciones conocidas, el
espectro de frecuencia ocupada por el enlace hertziano
bi-direccional es al menos la suma de dos bandas de
frecuencia respectivamente para las dos direcciones de
transmisión.
A fin de reducir el ancho de banda de frecuencia
útil global para la emisión y la recepción en un equipo terminal de
un enlace hertziano bi-direccional, la patente US 5
691 978 propone equipos terminales para el enlace hertziano
bi-direccional de emisión y recepción simultáneas,
que tienen cada uno un primer emisor y un primer receptor. El
primer emisor emite una primera señal de datos a una primera
frecuencia portadora idéntica a aquella a la cual el primer
receptor recibe una segunda señal de datos. El equipo terminal
comprende una única antena de emisión y de recepción, o una antena
de emisión y una antena de recepción.
El documento WO 02/19591 describe un equipo que
tiene dos antenas y dos enlaces hertzianos
bi-direccionales con dos terminales distantes. La
banda de frecuencia de emisión y la banda de frecuencia de recepción
utilizadas para el primer enlace son reutilizadas en el segundo: la
primera antena emite en una primera banda y recibe una segunda
banda; la segunda antena emite también en la primera banda y recibe
también en la segunda banda. Esta reutilización de las frecuencias
implica interferencia entre las antenas ya que la señal emitida por
una terminal distante y destinada a la primera antena es perturbada
por la segunda antena.
El objetivo de la invención es proporcionar un
equipo terminal para enlace hertziano bi-direccional
que transmite cuatro señales de datos sin utilizar a priori cuatro
bandas de frecuencia y buscando reducir el ancho de banda útil y el
costo del equipo terminal.
Para este fin, un equipo terminal para enlace
hertziano bi-direccional de emisión y recepción
simultáneas, que tiene un primer emisor que emite una primera señal
de datos en una primera banda de frecuencia útil idéntica a aquella
en la cual un primer receptor recibe una segunda señal de datos
(S2), está caracterizado porque comprende
un segundo receptor que recibe una tercera señal
de datos que tiene una segunda banda de frecuencia útil a través de
una primera antena (AA1), un primer circulador y un filtro que tiene
la segunda banda de frecuencia útil por ancho de banda, y dicho
primer emisor que emite dicha primera señal de datos que tiene la
primera banda de frecuencia útil a través de un filtro que tiene la
primera banda de frecuencia útil por ancho de banda, el primer
circulador y la primera antena, y
un segundo emisor que emite una cuarta señal de
datos que tiene la segunda banda de frecuencia útil a través de un
filtro que tiene la segunda banda de frecuencia útil por ancho de
banda, un segundo circulador y una segunda antena, dicho primer
receptor recibiendo la segunda señal de datos que tiene la primera
banda de frecuencia útil a través de la segunda antena, el segundo
circulador y un filtro que tiene la primera banda de frecuencia
útil por ancho de banda.
Gracias a la puesta en común de la primera banda
de frecuencia útil para las primera y segunda señales de datos y de
la segunda banda de frecuencia útil para las tercera y cuarta
señales de datos, la banda de frecuencia global útil en el enlace
está dividida por dos en comparación con la técnica anterior. Esta
economía de banda de frecuencia obtenida por la invención permite
transmitir dos veces más señales en una banda de frecuencia útil
determinada que la técnica anterior.
Como se verá a continuación de la descripción,
la separación de las primera y segunda señales de datos emitidos y
recibidos en la primera banda de frecuencia común y la separación de
la tercera y cuarta señales de datos emitidas y recibidas en la
segunda banda de frecuencia común son realizadas por dos antenas
distintas respectivamente para la emisión y la recepción y
eventualmente por dos anuladores de señal previstos a la entrada de
los primer y segundo receptores en el equipo terminal.
Otras características y ventajas de la presente
invención aparecerán más claramente con la lectura de la descripción
que sigue de varias realizaciones preferidas de la invención, a
título de ejemplo, en referencia a los dibujos anexos
correspondientes en los cuales:
- la figura 1 es un diagrama en bloque
esquemático de un enlace hertziano bi-direccional
con equipos terminales que comprenden anuladores de señal, según la
técnica anterior;
- la figura 2 es un diagrama que muestra que la
señal de datos emitida y la señal de datos recibida en un equipo
terminal según la figura 1 tienen bandas de frecuencia
idénticas;
- las figuras 3 y 4 son diagramas en bloque
esquemáticos de un emisor y de un receptor en un equipo terminal,
respectivamente;
- la figura 5 es un diagrama en bloque
esquemático de un anulador de señal interconectado entre un emisor
y un receptor en un equipo terminal según la figura 1;
- la figura 6 es un diagrama en bloque
esquemático de un enlace hertziano bi-direccional en
el cual cada equipo terminal según la invención emite dos señales
de bandas de frecuencia diferentes y recibe otras dos señales en
esas dos bandas de frecuencia;
- la figura 7 es una vista vertical esquemática
de un pilón que soporta una antena de emisión y una antena de
recepción en un plano vertical en un equipo terminal según la
invención; y
- la figura 8 es un diagrama de dos bandas de
frecuencia diferentes para cada equipo terminal según la
invención.
Un enlace hertziano
bi-direccional de emisión y recepción simultáneas
del tipo descrito en la patente US 5 691 978 es mostrado en la
figura 1 y comprende en los extremos del mismo equipos terminales TA
y TB.
Cada equipo terminal TA, TB comprende
esencialmente un emisor EA1, EB1, un receptor RA1, RB1, un
circulador de tres puertos CA1, CB1, una antena de emisión -
recepción AA1, AB1, y un anulador de señal ASA, ASB.
Como es mostrado en la figura 3, una terminal
EA1, EB1, comprende por ejemplo un modulador diferencial de cuatro
estados de fase MD para modular una señal de datos Se a emitir. En
el emisor EA1, EA2, la señal es modulada alrededor de una
frecuencia intermedia FIe, y luego es amplificada en un amplificador
AM y transpuesta alrededor de una frecuencia de emisión f1 en un
mezclador ME al cual es aplicada una señal local de frecuencia f1e
de un circuito con oscilador local OSE. La señal de datos alrededor
de la portadora f1 es eventualmente amplificada en un amplificador
de salida AS y filtrada en un filtro de paso de banda FE antes de
ser aplicado a un puerto de entrada del circulador CA1, CB1 para
ser emitida por la antena AA1, AB1.
Como es mostrado en la figura 2, la señal
emitida S1 por el emisor EA1, EB1, ocupa una banda de frecuencia
útil BF1 centrado en la frecuencia portadora de emisión f1. Por
ejemplo, la frecuencia de emisión f1 es igual a 23 GHz, y el ancho
de banda de frecuencia útil BF1 es de 28 MHz, o sea una banda de
frecuencia útil comprendida entre 22,986 GHz y 23,014 GHz, para una
señal de datos de 155 Mbits/s modulada en amplitud y en fase según
una modulación MAQ a 128 estados.
El receptor RA1, RB1, comprende por ejemplo, con
referencia a la figura 4, un mezclador MR para transponer en
frecuencia una señal de datos S2 a una frecuencia portadora f1 que
es recibida por la antena AA1, AB1 y aplicada por un puerto de
salida del circulador CA1, CB1 a través del anulador de señal ASA,
ASB y eventualmente a través de un filtro de paso de banda de
recepción FR y llegado el caso un amplificador de poco ruido. El
mezclador MR transpone la frecuencia de recepción f1 en una
frecuencia intermedia FIr = f1 \pm f1r donde f1r designa una
frecuencia local de una señal producida por un circuito con
oscilador local OSR. Luego la señal de frecuencia intermedia FIr es
tratada por un amplificador de mando automático de ganancia ACG, un
filtro de paso bajo o de paso de banda FPB y un igualador EG con un
corrector de error antes de ser remodulada, o después, por ejemplo
según una demodulación en cuatro estados de fase, en un demodulador
DE en una señal numérica en banda de base Sr.
Como es mostrado igualmente en la figura 2, la
señal recibida S2 por la antena AA1, AB1 aplicada al receptor RA1 a
través de l anulador de señal ASA, ASB presenta un espectro
igualmente comprendido en la banda de frecuencia BF1 alrededor de
la frecuencia portadora f1, como para la señal emitida S1.
Un anulador de señal, tal como el anulador de
señal ASA en el equipo terminal TA, elimina una parte K1S1 de la
señal emitida S1 reinyectada hacia el receptor RA1 en el equipo
terminal TA y mezclada con la señal recibida S2 por el circulador
CA1.
De una manera conocida, el anulador de señal ASA
puede comprender un filtro transversal numérico adaptativo FTA y un
sustractor SUA, como es mostrado en la figura 5. El filtro
transversal FTA efectúa un producto de convolución entre la señal
de datos emitidos S1 tomados a la salida del emisor EA1 y
coeficientes del filtro transversal FTA representativos de una
respuesta impulsiva del camino de acoplamiento de emisión -
recepción a través del circulador CA1 reinyectando la parte de la
señal emitida K1S1. El filtro transversal FTA estima una parte de
la señal emitida sintetizada K2S2 que es aplicada en oposición de
fase a la parte de la señal emitida inyectada K1S1 en el sustractor
SUA interconectado entre el puerto de salida del circulador CA1 y
la entrada del receptor RA1.
Los coeficientes K1 y K2 son complejos, es decir
el coeficiente K2 es estimado en amplitud y en fase en el filtro
transversal FTA. El coeficiente K2 es
auto-adaptativo, es decir puede variar con el curso
del tiempo, a fin de que la suma K1S1 - K2S1 converja en
permanencia hacia cero.
El anulador de señal ASA puede ser enteramente
analógico, o enteramente numérico, o puede aliar una parte
analógica para anular en parte la señal K1S1 y una parte numérica
para estimar grotescamente los coeficientes del filtro transversal
FTA o una parte numérica para estimar más precisamente los
coeficientes a fin de afinar la corrección de manera de eliminar la
parte de la señal emitida inyectada K1S1 y combinada a la señal
recibida S2. De esta forma la salida del sustractor SUA expide una
señal recibida S2 expedida por parte de la señal emitida K1S1. Para
estimar el coeficiente K2 a la salida del filtro transversal FTA, la
emisión de la señal recibida S2 en el equipo terminal TB puede
estar cortada brevemente y periódicamente a fin de que la parte de
la señal K1S1 sea sola aplicada a la entrada positiva del sustractor
SUA y una señal de error producida por el sustractor SUA y aplicada
al filtro transversal FTA sea minimizada para converger hacia
cero.
Con referencia ahora a la figura 6, cada equipo
terminal TAa, TBa comprende un primer emisor EA1, EB1 y un primer
receptor RA1, RB1 para emitir una primera señal S1, S2 y recibir una
segunda señal S1, S2, esas dos señales teniendo una banda de
frecuencia común BF1, como en la segunda realización mostrada en la
figura 6 en combinación con la figura 2. El equipo terminal TAa,
TBa comprende además un segundo emisor EA2, EB2 y un segundo
receptor RA2, RB2 aunque el enlace hertziano
bi-direccional entre los equipos terminales TAa y
TBa es doble. Este doble enlace hertziano
bi-direccional está así compuesto:
por un primer enlace hertziano
bi-direccional de emisión y recepción simultáneas en
el cual la primera señal de datos modulada S1 que tiene la primera
banda de frecuencia BF1 y la frecuencia portadora f1 es emitida
desde el emisor EA1 hacia el receptor RB1 a través de las antenas
directivas AA1 y AB2 y una tercera señal de datos modulada S3 que
tiene una segunda banda de frecuencia BF2 es emitida desde el emisor
EB2 y recibida por el receptor RA2 a través de las antenas AB2 y
AA1, y
por un segundo enlace hertziano
bi-direccional de emisión y recepción simultáneas en
el cual el emisor EA2 emite una cuarta señal de datos modulada S4
que tiene la segunda banda de frecuencia BF2 y la frecuencia
portadora f2 a través de la antena directiva AA2 y es recibida por
el receptor RB2 a través de la antena directiva AB1, y la segunda
señal de datos modulada S2 que tiene la primera banda de frecuencia
BF1 es emitida por el emisor EB1 a través de la antena AB1 y
recibida por el receptor RA1 a través de la antena AA2.
Como es mostrado en la figura 8, las dos bandas
de frecuencia útiles BF1 y BF2 son yuxtapuestas con un intervalo de
guarda del orden de 10 MHz a 1000 MHz y son utilizadas cada una a la
vez para emitir y recibir dos señales S1 y S2, S3 y S4, en cada
equipo terminal TAa, TBa, pero a través de dos antenas distintas AA1
y AA2, AB1 y AB2.
Como es mostrado en la figura 7, las antenas AA1
y AA2 en cada equipo terminal TAa, TBa están dispuesta en un plano
perpendicular a las direcciones de repropagación paralelas a dos
señales emitidas y dos señales recibidas.
Las antenas AA1 y AA2, AB1 y AB2 pueden ser
superpuestas en un plano a lo largo de una vertical al punto
culminante de un pilón de telecomunicaciones PY. En una variante,
las antenas AA1 y AA2, AB1 y AB2 en el punto culminante del pilón
están yuxtapuestas horizontalmente a la misma altura con relación al
suelo.
A fin de que una parte, tal como K1S1, de la
señal emitida S1, S4 no perturbe el tratamiento de la señal recibida
S2, S3 en el receptor de cada equipo terminal, tal como el equipo
terminal TAa, y a fin de que las antenas sean relativamente
desacopladas, la distancia d entre las antenas AA1 y AA2 es tanto
más reducida si la frecuencia respectiva f1, f2 de esas señales es
elevada. Para una frecuencia f1, f2 superior al gigahertz, la
distancia d es de algunas decenas de centímetros. Típicamente, para
un diámetro de antena de 15 cm, la distancia d es de 60 cm
aproximadamente, o sea del orden de algunas longitudes de onda a
algunas decenas de longitudes de onda. Para frecuencias inferiores
al gigahertz la distanciad es de más de un metro. En todos los
casos, se velará porque la señal perturbadora irradiada
lateralmente por la primera antena AA1 y captada por la segunda
antena AA2 sea tal que la relación señal útil sobre señal
perturbadora sea suficiente en función de la modulación de la
transmisión y de la calidad de la transmisión requeridas.
Llegado el caso cuando las antenas AA1 y AA2,
AB1 y AB2 están cerca y/o son poco directivas, cada equipo terminal
TAa, TBa comprende de preferencia un anulador de señal ASA1 y ASA2,
ASB1 y ASB2 como es mostrado en trazos de puntos en la figura 6. El
anulador de señal ASA1, ASB1 es análogo a aquel descrito con
referencia a la figura 5 y anula una parte de la señal S1, S2
emitida por la antena AA1, AB1, captada por la antena AA2, AB2, y
el anulador de señal ASA2, ASB2 es análogo a aquel descrito con
referencia a la figura 5 y anula una parte de la señal S4, S3
emitida por la antena AA1, AB1, captada por la antena AA2, AB2.
De esta forma en cada equipo terminal TAa, TBa,
se encuentran dos arreglos entre el emisor y el receptor y la
antena análogos al arreglo entre el emisor, el receptor y la antena
en un equipo terminal según la primera realización mostrada en la
figura 1, pero con filtros de paso de banda. Por ejemplo, en cada
uno de los arreglos del equipo terminal TAa relativos a los dos
enlaces hertzianos bi-direccionales
S1-S3 y S4-S2, el emisor EA1, EA2
emite la señal de datos modulada S1, S4 a través de un filtro de
paso de banda FA1, FA4, un circulador con tres puertos CA1, CA2 y
la antena directiva AA1, AA2, y el receptor RA2, RA1 recibe la señal
de datos S3, S2 desde la antena directiva AA1, AA2 a través del
circulador CA1, CA2 y un filtro de paso de banda FA3, FA2. Los
filtros de paso de banda FA1 y FA2 así como los filtros de paso de
banda FB1 y FB2 a la entrada del receptor RB1 y a la salida del
emisor EB1 en el equipo terminal TBa tienen anchos de bandas
idénticas a la primera banda de frecuencia BF1 de las primera y
segunda señales de datos S1 y S2. Los filtros de paso de banda FA3
y FA4 así como los filtros de paso de banda FB3 y FB4 a la salida
del emisor EB2 y a la entrada del receptor RB4 en el equipo
terminal TBa tienen anchos de bandas idénticos a la segunda banda de
frecuencia útil BF2 de las tercera y cuarta señales de datos S3 y
S4. En cada uno de los dos arreglos de
emisor-receptor en el equipo terminal TAa, los dos
filtros de paso de banda Fa1 y FA3, FA4 y FA2 y el circulador CA1,
CA2 constituyen un duplexor.
De esta forma el emisor EA1, EA2, el receptor
RA2, RA1 y el duplexor FA1-CA1-FA3,
FA4-CA2-FA2 con la antena AA1, AA2
constituyen en conjunto un equipo terminal clásico del comercio, lo
que reduce considerablemente el costo del enlace hertziano
bi-direccional según la figura 8, aunque el mismo
presenta un espectro reducido a dos bandas de frecuencia BF1 y BF2
para transmitir cuatro señales de datos S1, S2, S3 y S4, en lugar de
cuatro bandas de frecuencia según la técnica anterior.
Claims (1)
1. Equipo terminal (TAa) para enlace hertziano
bi-direccional de emisión y recepción simultáneas,
que tiene un primer emisor (EA1) adaptado para emitir una primera
señal de datos (S1) en una primera banda de frecuencia útil (BF1)
idéntica a aquella en la cual un primer receptor (RA1) recibe una
segunda señal de datos (S2), caracterizado porque
comprende
un segundo receptor (RA2) adaptado para recibir
una tercera señal de datos (S3) que tiene una segunda banda de
frecuencia útil (BF2) a través de una primera antena (AA1), un
primer circulador (CA1) y un filtro (FA3) que tiene la segunda
banda de frecuencia útil (BF2) por ancho de banda, y dicho primer
emisor (EA1) adaptado para emitir dicha primera señal de datos (S1)
que tiene la primera banda de frecuencia útil (BF1) a través de un
filtro (FA1) que tiene la primera banda de frecuencia útil (BF1) por
ancho de banda, el primer circulador y la primera antena, y
un segundo emisor (EA2) adaptado para emitir una
cuarta señal de datos (S4) que tiene la segunda banda de frecuencia
útil (BF2) a través de un filtro (FA4) que tiene la segunda banda de
frecuencia útil (BF2) por ancho de banda, un segundo circulador
(CA2) y una segunda antena (AA2), dicho primer receptor (RA1)
adaptado para recibir la segunda señal de datos (S2) que tiene la
primera banda de frecuencia útil (BF1) a través de la segunda
antena, el segundo circulador y un filtro (FA2) que tiene la primera
banda de frecuencia útil (BF1) por ancho de banda.
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