ES2281202T3 - Procedimiento y aparato para aislamiento polarizado cruzado en un sistema de comunicaciones. - Google Patents
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Abstract
Un procedimiento para el aislamiento de transmisiones de canales múltiples sobre señales de comunicaciones de múltiples fuentes (102, 104, 106) de señal, comprendiendo dicho procedimiento: dividir dichos canales en N grupos de canales; y transmitir primera información sobre uno primero de dichos N grupos de canales desde una primera fuente (102, 104, 106) de señal utilizando un primer modo de polarización mientras que se transmite simultáneamente de forma sustancial segunda información sobre un segundo de dichos N grupos de canales desde una segunda fuente (102, 104, 106) de señal utilizando un segundo modo de polarización que es sustancialmente ortogonal al primer modo de polarización, caracterizado por después: transmitir la primera información sobre el primero de dichos N grupos de canales desde dicha segunda fuente (102, 104, 106) de señal utilizando dicho segundo modo de polarización mientras que se transmite simultáneamente de forma sustancial la segunda información sobre el segundo de dichos N grupos de canales desde dicha primera fuente (102, 104, 106) de señal utilizando dicho primer modo de polarización.
Description
Procedimiento y aparato para aislamiento
polarizado cruzado en un sistema de comunicaciones.
La presente invención se refiere a un sistema de
comunicaciones inalámbrico para la transmisión de canales múltiples
de información a receptores que sólo demodulan selectivamente un
canal en cada caso. Más específicamente, la invención se refiere a
un procedimiento y aparato para establecer o mantener la diversidad
de señal en un sistema de comunicaciones basado en satélites en el
que los canales múltiples de modulación digital se transmiten de
manera simultánea a usuarios de sistemas, y en la misma
frecuencia.
Se han propuesto nuevos servicios de
comunicaciones para proporcionar tipos de servicios de pago por
escuchar para usuarios o consumidores de servicios móviles. Una
aplicación típica que se ha autorizado recientemente para su
despliegue en los Estados Unidos es un producto de radio de
consumidor denominado servicio de audio digital (DAS) o
radiodifusión de audio digital (DAB). Este tipo de servicio se prevé
para la recepción de uno de un conjunto de canales que portan
información tal como noticias, deportes, música, meteorología, u
otro entretenimiento temático presentado con alta calidad de audio.
El nivel de calidad de la música se representa generalmente como
siendo el mismo que el observado para medios de almacenamiento
óptico tales como discos compactos (de audio/ópticos) comúnmente
denominados CD, aunque habitualmente se emplea una compresión de
aproximadamente 10:1 1. Estos servicios se planifican normalmente
para operar sobre un ancho de banda de aproximadamente 12,5 MHz con
una frecuencia central de aproximadamente 2,3 GHz (denominada
frecuencia de recepción de usuario).
Se han desarrollado una variedad de técnicas de
comunicaciones para transferir información entre o a un gran número
de usuarios de sistemas a frecuencias de este tipo. Técnicas, tales
como la multiplexación por división de tiempo (TDM), multiplexación
por división de frecuencia (FDM), y multiplexación por división de
código (CDM) extienden técnicas de espectro. El uso de CDM se
documenta por ejemplo en la patente de los EE.UU. nº 4.901.307,
titulada "Sistema de comunicaciones de acceso múltiple de espectro
ensanchado usando repetidores terrestres o satélites", y la
patente de los EE.UU. nº 5.691.974, titulada "Procedimiento y
aparato para el uso de potencia de transmisión de espectro completo
en un sistema de comunicaciones de espectro ensanchado para el
seguimiento de la fase, tiempo y energía del receptor
individual".
Mientras que técnicas tales como CDM
proporcionan una ganancia de señal relativamente alta y permiten
superar más fácilmente problemas tales como desvanecimiento por
multitrayectoria, no eliminan totalmente los problemas de este
tipo. Por tanto, es deseable proporcionar alguna forma de diversidad
de señal para reducir los efectos perjudiciales de desvanecimiento
y los problemas adicionales asociados con el movimiento relativo del
usuario. Además, un bloqueo de señal por edificios, follaje
(árboles), o características geográficas (montañas y colinas)
ocasionales puede contribuir a la atenuación grave o al bloqueo
completo de algunas señales, impidiendo la recepción apropiada de
la señal en algunas situaciones.
El problema de bloqueo de señal conlleva una
importancia añadida cuando se desea un enlace de comunicaciones a
largo plazo. Esto es, en lugar de llamadas o mensajes relativamente
cortos, se desean transmisiones del orden de varios minutos o más.
Por ejemplo, la transferencia de programas de audio o de tipo radio
a través de satélites, o transferencias de datos dedicadas de gran
volumen, precisan que el receptor tenga una señal adecuada durante
bastantes minutos u horas en un momento dado. El bloqueo de señal
suficiente para interrumpir este tipo de enlace es muy perjudicial,
y puede provocar pérdidas económicas y una pérdida de clientes a
largo plazo cuando el enlace es parte de un enlace de tipo pago por
servicio.
Con el fin de garantizar una alta calidad y una
recepción ininterrumpida de señales se necesita usar alguna forma
de diversidad de señal. En general, se usan comúnmente en sistemas
de comunicaciones tres tipos de diversidad, y son la diversidad de
tiempo, frecuencia y espacio. La diversidad de tiempo puede
obtenerse usando repetición de datos, y entrelazando datos o
componentes de señal en el tiempo. Una forma de diversidad de
frecuencia se proporciona intrínsecamente mediante técnicas tales
como CDM en la que la energía de señal se extiende sobre un ancho
de banda amplio. La diversidad de espacio o trayectoria se obtiene
proporcionando múltiples trayectorias de señal a través de enlaces
simultáneos con un receptor de señal móvil o remoto a través de dos
o más estaciones base para sistemas terrestres; o dos o más
satélites o haces de satélites, para sistemas basados en el
espacio.
Esto es, para sistemas de comunicaciones por
satélite, la diversidad de espacio o trayectoria se obtiene por la
transmisión, o recepción, sobre múltiples trayectorias de señal y
permitiendo una llegada de señal sobre diferentes trayectorias para
su recepción y procesamiento separado para cada trayectoria.
Ejemplos del uso de diversidad de trayectorias en sistemas de
comunicaciones de acceso múltiple se ilustran en las patentes de
los EE.UU. nº 5.101.501, titulada "Traspaso leve en un sistema
telefónico celular CDMA", y nº 5.109.390 titulada "Receptor de
diversidad en un sistema telefónico celular CDMA".
Con el fin de proporcionar una diversidad
robusta de espacio o señal, los sistemas de comunicaciones basados
en satélites o servicios de transferencia de información, pueden
transferir señales a través de dos o más satélites en cualquier
momento a un receptor deseado (véase el documento
US-A-5.485.485). Las señales están
codificadas de una manera tal que permite a un receptor de usuario
distinguirlas y por consiguiente procesarlas. Para sistemas TDM
esto significa asignar diferentes ranuras o conjuntos de ranuras de
tiempo, y para sistemas CDM esto significa asignar diferentes
códigos desplazamiento de código PN. También pueden usarse
diferentes frecuencias en algunos sistemas, aunque es mucho menos
deseable. También pueden usarse niveles o capas múltiples de
codificación. Generalmente, el receptor de usuario emplea entonces
una serie de receptores digitales o lo que se denomina receptor
rastrillo, para conseguir la recepción de señal.
Sin embargo, los sistemas de satélite típicos
pueden tener un margen más bajo de lo deseado para la separación de
señal. Esto es, al menos que se empleen ciertas técnicas, es difícil
mantener la separación de las señales debido a las variaciones de
trayectoria, etc. Desgraciadamente, estas técnicas precisan un
conjunto de circuitos y software que hacen los receptores más caros
de lo deseado o práctico para algunas aplicaciones tales como en
los productos de consumidor previstos para su uso con los sistemas
de audio anteriores. Por ejemplo, en la fabricación de receptores
para su uso en aplicaciones móviles de pago por escuchar a gran
escala de masa-mercado, los costes y la complejidad
son extremadamente importantes. Cada pequeño incremento en el coste
puede efectuar enormemente la rentabilidad de una empresa de
servicio de información, y la complejidad puede impactar tanto en
el coste como en la fiabilidad.
La patente de los EE.UU. nº 5.592.471 describe
receptores de radio móviles en un sistema de emisión que tiene más
de un canal de transmisión que envía los mismos programas usando
diversidad de tiempo para evitar periodos conductores de
indisponibilidad de servicio cuando ninguno de los canales puede
recibirse.
Lo que se necesita es una técnica o aparato que
mantenga un enlace de comunicaciones de alta calidad proporcionando
o mejorando la diversidad de señal mientras se proporciona un
receptor económico y fiable adecuado para sistemas electrónicos de
consumo producidos en masa.
Un objeto de la presente invención es mitigar el
efecto de los bloqueos de señal de estructuras físicas a través de
la diversidad apropiada de señal.
Una ventaja de la invención es que puede
mantenerse la recepción de diversidad sin aumento en la complejidad
del receptor. De hecho, un extremo frontal RF de coste inferior
puede acomodarse mientras se mantiene el enlace de alta calidad
deseado.
Las características y ventajas de la presente
invención se consiguen mediante el uso de al menos dos fuentes de
señal, generalmente satélites, y radiación polarizada para
transferir las señales de comunicaciones deseadas a abonados al
servicio, clientes o usuarios finales. Se emplean dos modos de
polarización, siendo los modos preferidos la radiación polarizada
circularmente a derechas y a izquierdas. Sin embargo, en algunas
configuraciones, puede emplearse la radicación polarizada vertical
y horizontal. El número total de canales puede dividirse entre los
modos de polarización y transferirse a los usuarios finales bien a
través del uso de conmutación de polarización en los receptores
para conmutar de manera selectiva entre los satélites, o bien
mediante elementos de conmutación en los satélites (fuentes) para
conmutar entre modos de polarización que se usan para
transmisión.
Por tanto, según el primer y segundo aspecto de
la presente invención, se proporcionan procedimientos para el
aislamiento de transmisiones de canales múltiples sobre señales de
comunicaciones de múltiples fuentes de señal como se expone en las
reivindicaciones 1 y 2, respectivamente.
Según un tercer y cuarto aspecto de la
invención, se proporcionan aparatos para el aislamiento de
transmisiones de canales múltiples sobre señales de comunicaciones
de múltiples fuentes de señal como se expone en las reivindicaciones
11 y 12, respectivamente.
Las realizaciones de la presente invención se
describen en referencia a los dibujos que se adjuntan. En los
dibujos, los números de referencia similares indican elementos
idénticos o funcionalmente similares, y los dígitos más a la
izquierda de un número de referencia identifican el dibujo en el que
el número de referencia aparece primero. En los dibujos:
la figura 1 ilustra un sistema de información de
radio inalámbrico a modo de ejemplo construido y que funciona según
una realización de la presente invención;
la figura 2 ilustra un receptor de modo de
diversidad a modo de ejemplo útil en un receptor de radio que se
encuentra en el sistema de la figura 1;
la figura 3 ilustra un circuito de conversión
reductora del receptor a modo de ejemplo que resulta útil en el
receptor de radio de la figura 2;
la figura 4a ilustra un patrón de haces
polarizados a modo de ejemplo útil para implementar una realización
de la invención en el sistema de la figura 1;
la figura 4b ilustra un patrón de haces
polarizados alternativo a modo de ejemplo útil para implementar otra
realización de la invención en el sistema de la figura 1; y
la figura 5 ilustra un receptor de modo de
diversidad a modo de ejemplo útil en el sistema de la figura 1 para
la recepción de señales que se muestran en las figuras 4a y 4b,
según una realización preferida de la presente invención.
Como se indicó anteriormente, se han propuesto
nuevos servicios de comunicaciones digitales para proporcionar lo
que se denomina radio de calidad CD para vehículos, incluyendo,
automóviles, camiones, transporte público, y trenes. Un servicio de
este tipo pretende proporcionar una serie de canales de información
operando cada uno en un motivo temático. Esto es, se proporcionan
una serie de, por ejemplo, 12 ó más canales de música o información
tal como noticias, meteorología o deportes, de los que un usuario
final puede elegir uno. Cada canal tiene entonces un tema de
información o un estilo de música que determina la programación que
lleva.
Con la finalidad de proporcionar este tipo de
servicio, nuevos sistemas y técnicas de comunicaciones digitales
prometen proporcionar enlaces de comunicaciones con una calidad
relativamente buena. El uso de una modulación digital total y un
esquema o sistema de recepción permite la máxima coincidencia de
salida del sistema a las formas de ondas digitales deseadas que se
usan para la recepción de calidad CD. Adicionalmente, los sistemas
de comunicaciones más novedosos deberían tener capacidad en exceso
disponible que puede usarse para transferir o proporcionar tales
servicios de música con mucho menos coste que la construcción de
toda una infraestructura nueva. Los sistemas de comunicaciones de
tipo CDMA son un sistema novedoso de este tipo que se prestaría bien
para transferir señales digitales de alta calidad.
Una sistema 100 de comunicaciones,
entretenimiento o información inalámbrica propuesto a modo de
ejemplo en el que puede usarse la presente invención se ilustra en
la figura 1. El sistema 100 puede ser un servicio de noticias o
programa de música que proporciona de 10 a 30, o más o menos,
canales diferentes para su selección por parte de usuarios,
clientes o abonados del sistema o servicio en cualquier momento.
Algunos de estos canales pueden suponer tasas de datos más altas
que los otros, dependiendo del servicio que se está proporcionando,
sin que haya necesidad de que todos los canales operen a tasas
iguales. Una tasa de transferencia de datos total anticipada a modo
de ejemplo para el sistema 100 es del orden de 5 Mbps que
proporciona 30 ó 40 canales de tasa de datos alta usando cada uno
tasas de transferencia de 128 kbps. Cada uno de estos canales puede
además subdividirse para proporcionar canales de tasa inferior, tal
como se desee, tal como se conocerá.
En la figura 1, el sistema 100 de comunicaciones
usa técnicas de modulación conocidas, tales como TDM o CDM, para
preparar y transferir señales de comunicaciones que portan
información a usuarios del sistema remoto o móvil. En la parte del
sistema de comunicaciones que se ilustra en la figura 1, se muestran
una estación 102 base y dos satélites 104 y 106, junto con un nudo
108 o pasarela para efectuar comunicaciones con dos radios 116 y
118 o estaciones móviles, u otras estaciones de este tipo. Tales
dispositivos o elementos generalmente son bien conocidos en la
técnica, aunque pueden modificarse tal como se describe a
continuación para acomodar las señales proporcionadas mediante la
invención.
Las radios 116 y 118, terminales de usuario o
estaciones móviles tienen o comprenden cada uno un receptor de
señal de comunicaciones inalámbricas, tal como puede encontrarse
normalmente en un producto de radio de consumidor de vehículo o
manual. Aquí, el terminal 116 de usuario se ilustra como una radio
manual portátil. Aunque se habla de estas radios como siendo
móviles, también se entiende que las enseñanzas de la invención son
aplicables a unidades fijas u otro tipo de terminales en los que se
desea un servicio inalámbrico remoto, tal como en muchas
zonas
remotas.
remotas.
Con el fin de realizar la presente invención, se
usan dos o más satélites para proporcionar señales a áreas de
servicio deseadas. Tal como se muestra en la figura 1, dos satélites
dirigidos a los abonados del servicio o las radios en cualquier
momento dado proporcionan un nivel deseado mínimo de diversidad de
espacio. Una configuración de satélite típica proporciona dos
satélites geosíncronos para cubrir una superficie terrestre del
tamaño de un continente o un área geográfica deseada (barrera
geopolítica) Por ejemplo, normalmente se consideran dos satélites
para proporcionar servicio a los Estados Unidos que tienen una
cobertura que se denomina CONUS (continental US, EE.UU.
continental), y se posicionan a altitudes de 80º y 110º. Obviamente
pueden usarse más satélites considerando los costes del sistema y
la capacidad deseados, como bien se entiende en la técnica. En
algunos sistemas, podrían usarse LEO u otras órbitas, pero ello
requiere generalmente por consiguiente un conjunto de circuitos más
complejo para la conmutación entre satélites, y no es preferible en
este momento para productos de consumidor económicos. Sin embargo,
la presente técnica no está limitada a una plataforma de entrega
específica como se podrá observar mediante la realización que
también usa estaciones base terrestre tratadas a continuación.
Se contempla para este ejemplo que los satélites
104 y 106 proporcionan haces que cubren regiones geográficas que
generalmente se superponen. Se entiende fácilmente que la cobertura
del haz o áreas de servicio para diferentes satélites, y patrones
de antena para emplazamientos terrestres pueden superponerse
completa o parcialmente en una región dada en función del diseño
del sistema de comunicaciones y el tipo de servicio que se está
ofreciendo. La diversidad de espacio puede conseguirse también
entre cualquiera de estos dispositivos o regiones de comunicaciones,
como se tratará a continuación.
En la figura 1, se ilustran algunas trayectorias
de señal posibles para comunicaciones establecidas entre radios 116
y 118 de usuario y la estación 102 base terrestre, o a través de
satélites 104 y 106 a una o más pasarelas, estaciones base
terrestres, o nudos 108 centralizados. Las partes de
estación-usuario base de enlaces de comunicaciones
entre la estación 102 base y las radios 116 y 118 de usuario se
ilustran mediante las líneas 120 y 122, respectivamente. Las partes
de satélite-usuario de enlaces de comunicaciones
entre la pasarela 108 y las radios 116 y 118 a través del satélite
104 se ilustran mediante las líneas 124 y 126, respectivamente. Las
partes de satélite-usuario de enlaces de
comunicaciones entre la pasarela 108 y las radios 116 y 118 a
través del satélite 106 se ilustran mediante las líneas 128 y 130,
respectivamente. Las partes de pasarela-satélite de
estos enlaces de comunicaciones se ilustran mediante una serie de
líneas 132, y 134.
Como se muestra en la figura 1, el sistema 100
de comunicaciones usa generalmente un controlador de sistemas o
centro 110 de control, que emplea una red de conmutación, que podría
denominarse una oficina de conmutación de servicios de información
(ISSO) para comunicar con estaciones base y pasarelas. La ISSO 110
incluye normalmente un conjunto de circuitos de procesamiento e
interfaz para proporcionar un control amplio del sistema sobre
sincronismo, sincronización, ajuste de canal, y ciertas operaciones
para pasarelas o estaciones base que incluyen asignaciones de
código ortogonal, asignaciones y definición de ranura de tiempo,
etc., como se conocerá, y para controlar el encaminamiento de los
canales de información. Un enlace 112 de comunicaciones que conecta
la ISSO 110 a diversas estaciones base o pasarelas de sistema puede
establecerse usando técnicas conocidas tales como, pero no
limitadas a, líneas dedicadas de tasa de datos elevada, enlaces de
fibra óptica, o enlaces de comunicaciones de satélite dedicados o
de microondas.
Se muestra un centro 114 de control de programa
o generación de información que proporciona la información para su
emisión al centro 110 de control. Puede generarse música u otra
información a partir de diversas fuentes conocidas en el centro 114
o también proporcionarse a partir de servicios o fuentes de origen
de ubicación remota, tales como noticias de radio y red conocidas o
servicios de información financieros, o estudios o instalaciones de
compilación o generación de señales de música. Esta entrada puede
proporcionarse sobre una red conmutada especializada (tasa de datos
alta), u otros enlaces de comunicaciones dedicados conocidos.
Generalmente las pasarelas interconectan directamente con fuentes
de este tipo y pueden no precisar el uso de una ISSO para esta
función. Alternativamente, otros centros de control y comando tales
como un comando de operaciones de tierra y centros de control, que
también se comunican directamente con satélites, se conectan
generalmente con las pasarelas. Generalmente las pasarelas o el
centro 100 de control controlan la asignación de diversas ranuras
de tiempo y la secuenciación de canales que se trata
posteriormente.
Cada satélite mostrado en la figura 1 se carga
con canales de transmisión de información para abonados. Esto es,
usando las estaciones base terrestres o satélites (tratados
posteriormente) para transmitir señales de comunicaciones
multicanal que se canalizan usando técnicas conocidas, tal como
códigos CDM ortogonales o ranuras de tiempo TDM como se tratan
posteriormente, para proporcionar diferente información a diferentes
abonados o usuarios del sistema en función del canal en el que
están "sintonizados" en ese momento. Sin embargo, no es
suficiente emitir simplemente las señales deseadas de los satélites.
Con el fin de garantizar señales de alta calidad y garantizar la
recepción en diversas condiciones durante periodos largos, es muy
deseable, como se trató anteriormente, mantener la diversidad de
espacio en las señales para garantizar que los bloqueos de señal y
otros efectos no impiden o afectan gravemente la recepción adecuada,
y combinar las señales para una calidad mejorada.
Por tanto, en el servicio 100 de transferencia
de información o sistema de comunicaciones basado en satélite, las
señales se transfieren generalmente a través de al menos dos
satélites a un abonado receptor previsto. Las señales se preparan y
se transmiten a los satélites desde pasarelas o estaciones base
satélites, o mediante estaciones base de servicios terrestres en
algunas configuraciones, sustancialmente de manera simultánea. Las
señales se retransmiten por turnos desde cada uno de los satélites
sustancialmente de manera simultánea a la misma frecuencia para
permitir el uso de la diversidad de espacio. Las señales se
codifican de tal manera que permiten al receptor distinguirlas y
procesarlas por lo tanto en el receptor. Para sistemas TDM esto
significa asignar diferentes ranuras o conjuntos de ranuras de
tiempo, y para sistemas CDM esto significa asignar diferentes
códigos o desplazamientos de fase o tiempo de código PN. Los
sistemas CDM usan generalmente una señal piloto para la
demodulación o monitorización de potencia. También pueden usarse en
algunos sistemas diferentes frecuencias, aunque es mucho menos
deseable. La codificación, entrelazado, o procesamiento adicional de
datos puede tener lugar tal como se desee dentro de un diseño de
sistema usando técnicas bien conocidas en la técnica.
La recepción de modo de diversidad típica se usa
para recibir señales desde una o más estaciones base. Esto se
consigue mediante la recepción o el procesamiento de señales desde
cada fuente (satélites o estaciones base) en indicadores de
procesamiento de señal separados en un "receptor rastrillo"
digital. La salida de un receptor digital respectivo para cada
indicador se combina entonces con las otras salidas para formar una
única salida para la decodificación adicional, etc. para la
presentación a un usuario final. Una técnica conocida tal como la
combinación de proporción máxima puede emplearse en este proceso.
Esto se muestra en la figura 2 en la que se ilustra una estructura
típica de receptor rastrillo. Cuando una radio o receptor móvil se
retira de las áreas a las que se proporciona servicio mediante
estaciones base de tipo terrestre, tal como en áreas rurales muy
alejadas de los centros urbanos, las señales se reciben de pasarelas
a través de uno o más satélites. De nuevo, se usa un receptor
rastrillo para procesar estas señales para llegar a la salida
deseada.
En la figura 2, la radio o receptor tiene una
parte demoduladora con una antena 202 para la recepción de señales
de comunicaciones, que está conectada a un receptor 204 analógico en
el que las señales se convierten por reducción, amplifican, y
digitalizan antes de ser trasladadas a una frecuencia FI o de banda
base y se someten a una filtración y amplificación adicional. En la
técnica se conocen bien diversos esquemas para la conversión por
reducción de frecuencia RF a FI a banda base y la conversión
analógica a digital para señales de canal. Las señales
digitalizadas salen por un receptor 204 analógico y se proporcionan
como entradas a al menos un receptor 206A de datos digital. Los
receptores (206B-206N) de datos digitales
adicionales se usan para obtener diversidad de señal a través de
trayectorias de señal alternadas, y formar los indicadores de un
receptor de diseño de rastrillo. Estos receptores de datos, solos o
en combinación siguen la pista y reciben señales de abonados a lo
largo de varias trayectorias de propagación posibles para
proporcionar el procesamiento de modo de diversidad. Los expertos
en la técnica reconocerán fácilmente los factores que determinan el
número de receptores digitales empleados, tales como el nivel
típico de diversidad disponible, complejidad, fiabilidad de
fabricación, coste, etc., que se usan para proporcionar una
selección inicial para este número.
La unidad de abonado o receptor de radio también
incluye al menos un procesador 210 de control acoplado a receptores
206A-206N de datos, que proporciona entre otras
funciones, el procesamiento de señal básico, sincronismo, control o
coordinación de traspaso, y combinación de diversidad. Otra función
de control básica habitualmente realizada por el procesador 210 de
control, es la selección de códigos o ranuras de tiempo apropiados,
que dependen de la técnica, para su uso para la recepción.
Las salidas de los receptores
206A-206N de datos se acoplan a un y combinador de
diversidad y decodificador 208 que proporciona una única salida al
conjunto 212 de circuitos de banda base digital en la radio. El
sincronismo y coordinación de esta transferencia se controla
generalmente mediante un procesador 210. El conjunto de circuitos
de banda base comprende el remanente de los elementos de
procesamiento y presentación usados en el receptor de radio para
transferir información a un usuario de radio. Esto es, elementos de
almacenamiento de datos o señales, tales como memoria digital de
larga duración o transitoria: dispositivos de salida tal como
pantallas de visualización de vídeo o LCD, altavoces, elementos A/D
y elementos de procesamiento de señal analógica, etc., todos forman
partes del conjunto de circuitos de banda base de abonado que usa
elementos bien conocidos en la técnica.
Una vista más detallada de una trayectoria de
procesamiento en el receptor 204 analógico se muestra en la figura
3, en el que las señales recibidas mediante la antena 202 se acoplan
a una parte conversora por reducción en la que se amplifican las
señales en un amplificador 302 RF y después se proporciona como una
entrada a un mezclador 304 de señal. La salida de un sintonizador
306 de frecuencia sintonizable se proporciona como una segunda
entrada para el mezclador, y actúa para traducir las señales RF
amplificadas a una frecuencia FI. La salida del sintonizador 306 de
frecuencia puede controlarse electrónicamente como en el caso de un
VCO, que usa una señal de ajuste de frecuencia, para compensar al
menos parcialmente el impacto de desvanecimiento conocido, y
efectos de desplazamiento Doppler.
Las señales FI se transfieren entonces a un
filtro 308 de paso banda (BPF) para la filtración para eliminar el
ruido y los espectros no buscados, y entonces se transfieren a un
amplificador 310 FI de ganancia variable para su amplificación
adicional. En la figura 3, se usa un elemento 314 de control de
ganancia para efectuar el control de ganancia sobre el amplificador
310 FI, para compensar un desvanecimiento de larga duración, y la
atenuación o pérdidas de energía, tal como conocerán los expertos en
la técnica electrónica. Generalmente, una señal de control de
ganancia se genera mediante partes posteriores del demodulador como
se trata adicionalmente a continuación.
Las señales FI amplificadas resultantes que
produce el amplificador 310 FI se transfieren a un conversor 312
analógico digital (A/D) cuando se digitalizan a una tasa de reloj
apropiada, aunque el conversor A/D podría residir fácilmente en
otro lugar en el conjunto de circuitos de demodulación, por ejemplo
formando una parte estrechamente acoplada del receptor de datos
digital. Las señales FI digitalizadas salen entonces del conversor
312 A/D a receptores de datos. Los expertos en la técnica apreciarán
fácilmente que el conversor 312 A/D puede construirse para
proporcionar la división de canal y dos trayectorias de conversor
A/D separadas.
La descripción anterior de los elementos de la
figura 3 representa una trayectoria de procesamiento o conversión
por reducción de señales que el receptor 204 analógico está
recibiendo. Las secciones de receptor adicionales o trayectorias de
conversión por reducción se usan para cada señal que se recibe al
mismo tiempo que tienen un modo de polarización o una frecuencia
diferente. Estas señales de comunicación se procesan de una manera
similar a la tratada con respecto a la figura 3. Sin embargo, la
presente invención actúa para eliminar la necesidad de conversión
por reducción adicional y otros elementos de procesamiento antes del
procesamiento de señal digital.
Sin embargo, generalmente es difícil mantener la
separación de las señales (discriminar entre) en sistemas de
satélites típicos debido a los cambios de las longitudes de
trayectoria de señal y los efectos de señales de trayectoria
múltiple. Pueden usarse ciertas técnicas que usan la recepción de
modo de diversidad para ayudar en este proceso, pero requieren un
conjunto de circuitos y software que hace que los receptores sean
más caros de lo deseado, como se discutió anteriormente. La
presente invención trata esta situación mediante el uso de un
esquema de aislamiento en señales de generación, que se denomina
aislamiento de polarización en cruz, para proporcionar una
diversidad con un margen aumentado, y sin usar frecuencias
diferentes y precisar cadenas receptoras múltiples más complejas.
Esto es, la presente invención implementa una técnica de
procesamiento de diversidad de espacio, y en algunas realizaciones
de tiempo, de modo que el aislamiento adicional se proporciona
entre señales recibidas desde diferentes fuentes (por ejemplo,
satélites) mientras esto se realiza en una cantidad mínima de
hardware económico. La complejidad de los receptores decrece de
manera eficaz, lo que también proporciona una solución más
económica para algunos productos comerciales.
En una forma, la presente invención consiste en
proporcionar dos satélites para transferir señales a abonados del
servicio con diferentes modos de polarización, uno respecto al otro.
Esto es, cada satélite se configura para transmitir señales de
comunicación usando radiación de polarización circular para formar
un haz polarizado circularmente, usando cada uno un modo de
polarización que está polarizado opuestamente (ortogonalmente)
respecto al otro. Esto puede conseguirse usando uno de una variedad
de elementos de antena, transpondedor y transmisión. Otros modos de
polarización tal como haces polarizados linealmente pueden usarse en
las enseñanzas de la invención, pero generalmente es más difícil
mantener la ortogonalidad a un nivel deseado sobre distancias
grandes considerando la curvatura de la superficie terrestre y los
patrones orbitales. Por tanto, en una realización preferida de la
invención, un satélite proyecta radiación polarizada circularmente
usando radiación de polarización circular a izquierdas (LHCP) y el
otro de polarización circular a derechas (RHCP).
En el uso de haces polarizados circularmente se
ilustra generalmente en la figura 4a, en la que cada satélite 104 y
106 proyecta un haz que se observa o se recibe por radio 116, y cada
uno tiene un modo (M_{1}, M_{2},...; aquí circular o lineal) de
polarización separado de forma distinta. El haz proyectado desde el
satélite 104 se muestra siendo o usando radiación LHCP, mientras
que el haz proyectado desde el satélite 106 usa radiación RHCP. Sin
embargo, estos papeles obviamente pueden invertirse, o incluso
cambiarse dinámicamente como se desee, como se trata después
adicionalmente.
Al mismo tiempo, cada receptor se fabrica con
una estructura de antena o sección RF que puede sintonizarse
alternativamente para recibir de manera eficaz señales polarizadas o
bien a derechas o bien a izquierdas. Por tanto, se usa un esquema
de polarización en cruz o aislamiento polarizado para proporcionar
diversidad con margen aumentado.
En la figura 5 se muestra un receptor a modo de
ejemplo, en el que un receptor 500 o radio tiene una antena 502
para la recepción de señales de comunicación, que se conecta a un
receptor 504 analógico en el que las señales se convierten por
reducción, amplifican y digitalizan, antes de traducirse a una
frecuencia FI o de banda base y someterse a la filtración y
amplificación adicional, como anteriormente. Nótese que el receptor
504 analógico usa una cadena de conversión por reducción para
implementar la presente invención.
Un receptor 504 analógico extrae la señales
digitalizadas y las proporciona como entradas a al menos un receptor
506A de datos digital. Preferiblemente, se usan dos o más
receptores (206B a 206N) de datos digitales para obtener diversidad
de señal a través de las trayectorias de señal alternas
proporcionadas por el uso de dos satélites (y adicionales para los
transmisores terrestres tratados posteriormente), y formar los
indicadores de un receptor de diseño de rastrillo. Estos receptores
de datos, solos o en combinación siguen la pista y reciben señales
del abonado a lo largo de varias trayectorias de propagación
posibles para proporcionar procesamiento de modo de diversidad.
Como anteriormente, los expertos en la técnica reconocerán
fácilmente los factores que determinan el número de receptores
digitales empleados.
Una unidad 500 del abonado o receptor de radio
también incluye al menos un procesador 510 de control acoplado a
receptores 506A a 506N de datos, que proporciona entre otras
funciones, procesamiento de señal básico, sincronismo, coordinación
o control de traspaso, y combinación de diversidad. Otra función de
control básica habitualmente realizada por el procesador 510 de
control, es la selección de ranuras de tiempo o códigos apropiados,
dependiendo de la técnica, para su uso para recepción.
Las salidas de los receptores
506A-506N de datos se acoplan a un combinador de
diversidad y decodificador 508 que proporciona una salida única al
conjunto 512 de circuitos de banda base digital dentro del receptor
de radio. El sincronismo y coordinación de esta transferencia se
controla generalmente mediante el procesador 510. El conjunto de
circuitos de banda base comprende elementos de procesamiento y
presentación utilizados dentro del receptor de radio para
transferir información a un usuario de radio. Es decir, los
elementos de almacenamiento de datos o señales, tales como memoria
digital transitoria o de larga duración; dispositivos de salida
tales como pantallas de visualización de vídeo o LCD, elementos A/D,
y elementos de procesamiento de señal analógica; etc., todos forman
partes del conjunto de circuitos de banda base de abonado que
utiliza elementos ampliamente conocidos en la técnica. Se muestra
un dispositivo 514 a modo de ejemplo de salida etiquetado como
"salida de audio" que representa altavoces, y posiblemente los
amplificadores de potencia y el cableado utilizado para operar un
sistema de altavoz, tal como en un vehículo.
Tal como se trata adicionalmente a continuación,
las señales que se procesan utilizan compresión de tiempo de los
datos con el fin de transferir la misma cantidad de datos en un
periodo de tiempo inferior. Para acomodar esta compresión, se
utilizan una o más memorias 524 intermedias de datos o señales.
Tales memorias intermedias permiten la acumulación de los datos
durante un corto periodo a una tasa superior, y después la
transferencia de esos datos a otros elementos en el receptor a una
tasa más lenta. A veces se hace referencia a esto como
almacenamiento en la memoria intermedia de compresión de tiempo.
Para el presente ejemplo, los datos presentados originalmente a una
tasa de datos de D se transmiten/reciben a una tasa de datos de 2D
(la tasa es ND en la que N es el número de grupos de canales que
están utilizándose) pero mandados desde la memoria intermedia a la
tasa D. Sin embargo, el procesamiento de señal por etapas después de
la memoria intermedia podría utilizar una tasa distinta a D en
algunas configuraciones. Las memorias 524 intermedias de datos o
señales comprenden elementos ampliamente conocidos en la técnica
tales como circuitos integrados de RAM o diversos tipos de memoria
Flash, almacenamiento de datos magnético, etc., tal como se conoce
en la técnica.
Se considera que las memorias intermedias que
conservan datos que cubren del orden de varios segundos de material
de presentación van a utilizarse en sistemas DAB. Se propone un
sistema a modo de ejemplo que utiliza memorias intermedias que
almacenarían el valor de ocho (8) segundos de datos o más por un
periodo de 4 segundos. Por lo tanto, un diseñador de sistema
determina la tasa de datos para la información subyacente que está
transfiriéndose, la tasa a la que se transmitirá la información, la
cantidad de tiempo por el que los datos deberían acumularse para
fines de diversidad (y otros conocidos) y calcula el tamaño de la
memoria intermedia basándose en el número de bits requeridos para
almacenar esa cantidad de información. Por ejemplo, los datos
transferidos a 128 kbps requieren una memoria intermedia del orden
de 1024 k-bits (por ejemplo, una memoria RAM de 1
megabit convencional) de un tamaño para almacenar el valor de 8
segundos de material de presentación.
Pueden elegirse tasas (y tamaños) alternativos
para la salida de la memoria intermedia basándose en las
características de funcionamiento deseadas de los receptores, y
otros retardos que han de compensarse. Es decir, la memoria 524
intermedia, o memorias intermedias adicionales (no mostradas) pueden
utilizarse para acabar con ciertos retardos de trayectorias
experimentados en el sistema 100 de comunicaciones, y compensar
algunos problemas de sincronismo asociados con la corrección
previa/posterior de frecuencia, ajuste del error, y efecto Doppler.
A veces se utilizan los elementos a los que se hace referencia como
memorias intermedias de desenlazamiento
(de-skewing).
Puede utilizarse un elemento 520 de selección de
canal, tal como una serie de botones en una radio, u otro
dispositivo de interfaz de usuario conocido para comunicar una
selección de canal deseado al procesador 510 de control que a su
vez utiliza esta información para alterar la polarización y otras
características de los elementos receptores para sintonizar al
canal deseado. Con este fin, puede utilizarse un elemento 522 de
selección de polarización para seleccionar la polarización de la
señal que va a recibirse mediante o transferirse al receptor 500.
Los circuitos y componentes útiles para fabricar el selector 522 de
polarización son ampliamente conocidos. Por ejemplo, podrían
utilizarse uno o más filtros de polarización que se configuran para
rechazar todos excepto ciertos modos de polarización. Estos
elementos pueden formarse adyacentes a, o incluso como parte de, la
estructura de antena, o como parte del receptor 504 analógico, tal
como se desee, como se conoce.
Cada satélite divide el número total de canales
de información (señales) que va a transmitir en dos grupos iguales.
Con fines de comentario éstos se etiquetan como un grupo "A" y
un grupo "B". Cada satélite transmite todos los canales
contenidos dentro de un grupo y después todos los canales contenidos
dentro del otro grupo. Por lo tanto, un satélite emite las señales
del grupo "A" en un periodo de tiempo preseleccionado, seguido
generalmente por un tiempo (banda) de seguridad preseleccionado o
periodo muerto, digamos del orden de unos pocos milisegundos, para
acabar con variaciones de retardo creadas por las órbitas de los
satélites y la posición de los abonados. El satélite transmite
después el grupo "B" de señales de canal, y así sucesivamente,
alternando entre los dos grupos de señales. El segundo satélite
utiliza los mismos grupos o agrupación de canales para formar los
grupos "A" y "B", pero los emite en un orden diferente.
Aquí, se comienza con el grupo "B" y después "A" y así
sucesivamente.
Una característica de la invención es que sin
importar qué procedimiento de multiplexación de señal o generación
de forma de onda (TDM, CDM, etc.) se utilice, puede utilizarse esta
agrupación y polarización de canales alternantes. Por ejemplo, cada
uno de los grupos ilustrados y comentados a continuación puede
comprender canales de información codificados o "cubiertos"
apropiadamente utilizando códigos PN o códigos ortogonales conocidos
tales como códigos Walsh para distinguir los canales individuales,
o información prevista para recibirse y asociarse con un canal
dado. Como alternativa, cada uno de los grupos puede representar
agrupaciones de ranuras de tiempo sobre las que se transfieren los
datos con ranuras de tiempo dadas correspondientes a canales
preseleccionados. En cualquier caso, las señales de información se
transfieren como tramas de datos que se procesan y transfieren en
el tiempo utilizando los canales y los modos de polarización. Esto
significa que se transfieren un cierto número de tramas de datos, 1
o más, para cada señal durante cada periodo de tiempo para un modo
dado, transfiriéndose las tramas adicionales en el periodo
apropiado siguiente, y así sucesivamente. Por ejemplo, una trama n
luego n+1 durante un primer periodo, y tramas n+2 y n+3 en el
siguiente y así sucesivamente.
En una realización preferida, no se utiliza
ningún tiempo muerto o periodo de seguridad entre la transmisión de
un grupo en un satélite y una transmisión posterior en el siguiente
satélite. En esta situación, pueden perderse unos pocos símbolos de
datos durante el periodo que el receptor está conmutando para
recibir desde el otro satélite, a través de la conmutación de
polarización. Sin embargo, el número de símbolos que pueden
perderse sobre una escala de tiempo de trama de señal típica que
abarca muchos segundos es muy pequeño, y se extiende generalmente
por varios canales. Por lo tanto, la transferencia útil de un
programa cualquiera ni tiene un impacto suficientemente negativo
para ser un problema ni requiere un periodo de seguridad para su
establecimiento. Sin embargo, tales periodos de tiempo pueden
utilizarse en algunas configuraciones para proporcionar un
beneficio adicional.
Siempre que se utilicen periodos de tiempo o
tiempos de seguridad, no son periodos de no transmisión o que
carecen de cualquier señal, sino generalmente un periodo en el que
se transfieren datos de valor cero o "nulo" para permitir un
cierto conjunto de circuitos tales como los que siguen la pista de
las señales de los satélites o ajustan la ganancia o sintonización
de frecuencia, etc., para tener una señal para detectar y aún operar
en consecuencia.
El resultado de este procesamiento de agrupación
de canales y polarización se muestra en la tabla I a continuación
en la que una Radio 1 a modo de ejemplo recibe uno de los canales
del grupo A, y una Radio 2 a modo de ejemplo recibe uno de los
canales del grupo B. Claramente, muchas radios o receptores
recibirán preferiblemente señales en cualquier momento, algunas
utilizando el grupo A y algunas utilizando el grupo B, y algunas
conmutando entre los dos grupos, tal como se conocería. En la tabla
I, el primer satélite emite el grupo A y después el B mientras que
el segundo satélite emite el B y después el A.
\vskip1.000000\baselineskip
en la que \diameter indica que se
asume la no recepción del satélite indicado durante ese periodo de
tiempo, o las señales o ruido recibido se tratan como datos nulos
predefinidos.
Si el retardo de tiempo para implementar la
diversidad está fijado como un valor "T", entonces el tiempo de
ciclo completo del grupo A y después del B es de longitud 2T. Se
configura una cadena de conversores reductores utilizados en cada
receptor de radio para conmutar entre los dos modos de polarización,
y, por tanto, los 2 satélites o fuentes de señal, cada T segundos.
Esto se logra cambiando simplemente la antena del receptor o
elementos de recepción entre un modo y el otro, en este caso, un
modo de polarización circular a derechas (RHC) y un modo de
polarización circular a izquierdas (LHC).
Esto puede lograrse utilizando uno de una
variedad de elementos conocidos tales como utilizando una antena de
parche polarizada circularmente con dos conexiones de alimentación
diferentes, una para cada modo (RHC y LHC). Cada alimentación puede
conectarse a circuitos o elementos de amplificación, tales como un
amplificador de bajo ruido (LNA, "low noise amplifier")
ampliamente conocido y disponible comercialmente. Los modos pueden
seleccionarse mediante conmutación o bien mecánica o bien
electrónica de las alimentaciones a encendida y apagada, es decir,
conectar/desconectar o, de manera alternativa, atenuar/no atenuar o
simplemente bajando la potencia del LNA para la alimentación que no
va a utilizarse. Esto proporciona una característica de control y
comando de complejidad muy baja, y la selección del modo deseado en
la antena. De otro modo, pueden transferirse ambos modos a una
radio ubicada remotamente y después seleccionar uno.
El resultado es la diversidad de espacio
completa y la diversidad de tiempo completa. En pruebas o
simulaciones esta técnica ha producido una mejora de varios dB en
las señales recibidas cuando se trabaja con el caso de dos
satélites.
La interferencia entre las fuentes (entre
satélites) se reduce mediante el uso de la polarización y se basa
en la cantidad de la pureza de la polarización de la antena
receptora. Esta pureza está sujeta a factores ampliamente conocidos
en la técnica. El patrón CONUS o altitudes enumeradas anteriormente
proporcionan una pureza de polarización realmente buena y a la que
se hace referencia como degradación baja del ángulo de referencia
("off boresight") (centro del haz). Si se consigue un
aislamiento típico del orden de 10 dB, la transmisión de señal
debería estar bastante cercana a estar libre de interferencias.
Además, este enfoque sólo requiere el uso de una cadena de
conversores reductores única, que mantiene un receptor más fiable y
barato. Sólo podría necesitarse una antena ligeramente más cara a
las normales para tales radios de consumidor, con alguna
conmutación, y un LNA adicional.
Las radios o estaciones móviles necesitan
sincronizar su recepción/conmutación además de ciertas funciones de
sincronismo de receptor, tales como las utilizadas para
multiplexación de canales, entrelazado, elementos de retardo o
procesamiento de memoria intermedia, conmutación de antenas,
sincronismo de código, etc., con el fin de que coincidan los
patrones ABABA o BABABA de los satélites. Esto puede lograrse
utilizando una de varias técnicas conocidas, que incluye, pero no
se limitan a, utilizar una referencia de tiempo universal de
sistema, tal como está disponible para sistemas de localización GPS,
utilizando elementos de retroalimentación que corrigen los relojes
locales y para deriva o error de frecuencia, utilizando canales de
sincronización, etc. Por ejemplo véase la patente de los EE.UU. nº
5.943.606 titulada "Determinación de desplazamiento de frecuencia
en sistemas de comunicaciones", y la patente de los EE.UU. nº
08/733.490 titulada "Procedimiento y aparato para corregir
previamente el tiempo y frecuencia en sistemas de
comunicaciones".
Otra manera para conseguir la diversidad de
espacio y de tiempo deseada utilizando la técnica de la presente
invención se presenta en las tablas II y III a continuación. En las
tablas II y II, se utilizan los mismos grupos o agrupaciones de
canales A y B, pero se etiquetan según su progresión o transmisión
respectiva que varía en el tiempo. Es decir, la transmisión del
grupo A que forma los canales que empieza en un momento t=1
proporciona el canal A_{1}, mientras que el grupo A que forma los
mismos canales que empieza en un momento t=2 proporciona el canal
A_{2}, el grupo A que empieza en un momento t=3 proporcional el
canal A_{3}, etc. Lo mismo es válido para el grupo B al formar
B_{1}, B_{2,} B_{3}, etc.
En la tabla II, cada formación de pares o
conjunto de canales A y B que empiezan en un mismo momento relativo
en una secuencia (1, 2, 3,...) se permutan o transponen de algún
modo preseleccionado uno con respecto a otro cuando están
transmitiéndose desde el satélite o fuente de señal opuesto. Por lo
tanto, el grupo A_{1} de canales se transmite desde un satélite
mientras el grupo B_{1} de canales se transmite desde el otro,
A_{2} desde uno mientras B_{2} se transmite desde el otro,
etc.
\vskip1.000000\baselineskip
En la tabla III, el patrón se diferencia en que
los dos grupos no se permutan como antes, pero se retrasan en el
tiempo uno en relación a otro. Por lo tanto, el grupo A_{1} de
canales se transmite desde un satélite mientras el grupo B_{0} de
canales se transmite desde el otro (equivalente tanto a datos nulos
como a ningún canal transfiriéndose desde el segundo satélite
durante una fase inicial), A_{2} desde uno mientras B_{1} se
transmite desde el otro, A_{3} desde uno mientras B_{2} se
transmite desde el otro, etc. Este proceso puede expandirse a
números de divisiones mayores o también grupos, tal como se comenta
a continuación.
\vskip1.000000\baselineskip
Cuando cada satélite emite en uno diferente de
los dos modos de polarización, el sincronismo o símbolo o tasa de
bits de las señales que están transfiriéndose por los canales
respectivos se aumenta de manera que se transfiere la misma
cantidad de información en una cantidad de tiempo más corta. Es
decir, para transferir una cantidad de información o datos dada
como normalmente con una tasa de datos efectiva sobre el periodo 2T,
se transfiere realmente al doble de la tasa sobre el periodo T más
corto, como parte de un grupo cualquiera de canales. Los datos o
información que forman los canales en cada grupo se transmiten con
un factor de aceleración o de sincronismo 2:1 (para una
configuración de dos grupos [A/B]) con respecto a la tasa de
transmisión original, seguido del tiempo de seguridad o periodo
muerto preseleccionado, en su caso. Otros grupos de canales, tales
como N grupos de los M canales totales utilizarán un factor de
aceleración N:1 o proporción de tasa mayor para transferir los
datos sobre el periodo apropiado que se asigna. Es decir, el número
total se divide en N grupos y cada uno se transmite secuencialmente
con N fases diferentes de manera que se transmiten 1/N canales en
cada grupo a N veces la velocidad.
Las señales recibidas se acumulan entonces o
almacenan como recibidas en una o más memorias intermedias bastante
grandes pero baratas, en cada receptor (116, 118) de radio. Esto
permite almacenar la señal resultante a la tasa de transferencia
superior e interpretarla a la tasa más lenta original, que es más
lenta que la tasa de transmisión. En una aplicación típica, se
espera que las memorias intermedias acumulen o acomoden valores de
aproximadamente 4 o más segundos de señal entrante de modo que
aproximadamente 4 segundos o más de una señal de canal se recibe en
cualquier modo de polarización. Esto proporciona una capacidad para
rotar constantemente de forma sustancial a través de las
polarizaciones y mantener un modo de diversidad.
Un procedimiento alternativo para transferir
señales desde los satélites a la radio implica dejar el modo de
polarización para las entradas del receptor de radio fijadas en
cualquier momento y conmutar la salida de los satélites en el
tiempo. Se selecciona un canal para la recepción y entraría otra vez
tanto en el grupo A como en el grupo B. Ahora, sin embargo, el
grupo determina el modo de polarización a utilizar, tanto LHCP como
RHCP, u otros modos tal como se ha empleado (tales como V y H). Cada
satélite divide los canales de información (señales) que van a
transmitirse en dos grupos iguales, A y B. Cada satélite transmite
todos los canales contenidos dentro del grupo A en un modo M_{1}
de polarización (digamos RHCP) y el grupo B en el otro modo M_{2}
de polarización (digamos LHCP). En este caso, los modos de
polarización se alternan. Esto se ilustra en las tablas IV y V a
continuación.
Un receptor de radio selecciona el modo de
polarización o bien RHCP o bien LHCP para las señales que van a
recibirse, dependiendo del canal de entretenimiento que va a
recibirse, y continúa en este modo de recepción durante esa sesión
de escucha. Esta técnica podría permitir menos hardware y
complejidad en el receptor (un LNA).
El uso de haces polarizados circularmente
conmutados se ilustra en general en la figura 4b, en la que cada
satélite 104 y 106 proyecta dos haces que se observan o reciben
mediante la radio 116. Cada dos haces proyectados mediante un
satélite tienen un modo de polarización separado, estando dos haces
en LHCP, mientras que dos haces están en RHCP. Sin embargo, estos
papeles pueden obviamente invertirse, y cambiarse dinámicamente tal
como se desee.
Un aspecto de esta última técnica es que es más
difícil extender o generalizar a modos de funcionamiento
adicionales. Es decir, cuando hay modos de polarización
adicionales, digamos lineales, y otros parámetros utilizados por
cada satélite para crear modos de aislamiento adicional, se vuelve
cada vez más difícil seleccionar los receptores entre los modos sin
un aumento inaceptable de la complejidad y el coste.
La agrupación anterior de canales o señales para
abonados de sistema puede generalizarse. En otras realizaciones,
cada satélite divide el número total de M canales de información
(señales) que van a transferirse en N grupos iguales, en los que M
es divisible por N. Entonces cada satélite transmite estos grupos en
orden secuencial. Por ejemplo, en una realización, cada satélite
divide los canales de información (señales) en tres grupos iguales
(N=3), que se etiquetan como A, B, y C, con fines de comentario.
Cada satélite transmite todos los canales contenidos dentro de los
tres grupos en patrones tales como:
En aún otra realización a modo de ejemplo, cada
satélite divide los canales de información en cuatro grupos iguales
(N=4) que se etiquetan como A, B, C, y D, con fines de comentario.
Cada satélite transmite todos los canales contenidos dentro de los
cuatro grupos dando como resultado patrones tales como:
o
En este caso los M canales se dividen en N
grupos y los grupos permutados con el fin de llegar al esquema de
transmisión deseado.
Estos patrones o esquemas pueden combinarse
utilizando el periodo para C o los periodos para C y D para recibir
señales de fuentes de baja altitud, digamos del orden de 25 grados o
menos. Esto es útil para recibir señales desde estaciones base
terrestres mientras que las señales de mayor altitud llegan desde
los satélites. Esto proporciona un aislamiento mejorado entre los
transmisores terrestres y de satélite, cuando ambos se utilizan en
un sistema de comunicaciones. En esta configuración, si un puerto o
salida de antena utiliza señales RHCP recibidas por encima de 25º,
unas segundas señales LHCP por encima de 25º, y uno o dos puertos
restantes para señales sin embargo por debajo de 25º, entonces un
patrón de recepción de señal deseado podría ser para recibir desde
el puerto 1, puerto 2, puerto 3, etc., en el caso en que N=3; o
puerto 1, puerto 3, puerto 2, puerto 4, etc. en el caso en que
N=4.
Este tipo de esquema de antena se beneficia de
las ventajas de una antena que ha aumentado la ganancia por encima
de 25º y descendido por debajo, con un puerto RHC y uno LHC. Con un
tercer puerto por debajo de 25º, los satélites se aíslan y el
terrestre se aísla más eficazmente de los satélites. Además, tales
estructuras de antena multi-puerto pueden
utilizarse para recibir desde los satélites en múltiples órbitas que
están más altos o más bajos también en relación uno con otro. Como
alternativa, pueden utilizarse antenas separadas tal como se desee,
que se sintonizan para tener menor o mayor ganancia en ciertos
ángulos de altitud preseleccionados, con el fin de dirigir todos o
cada uno de los alcances deseados para transmisores de satélites y/o
terrestres. Podrían emplearse antenas sectorizadas o divididas en
sectores para la recepción terrestre para reducir la interferencia
entre transmisores.
Además, puede ser deseable emplear radiación no
polarizada para la parte terrestre del enlace. En esta situación,
la estructura de múltiples puertos anterior podría utilizar los dos
últimos puertos para esta radiación, o podrían utilizarse antenas
terrestres separadas que tienen mayor ganancia a menores ángulos de
altitud, y así sucesivamente.
Para aquellas regiones o aplicaciones en las que
las señales se reciben desde tanto 1 como más satélites y 1 o más
transmisores terrestres, puede utilizarse un esquema diferente para
garantizar la diversidad apropiada. En este caso, la banda de
frecuencia se subdivide en ciertas partes y a los satélites se
asigna una parte y a los transmisores terrestres otras partes. Por
ejemplo, la banda de 12,5 MHz total puede dividirse simplemente por
la mitad con los dos (o más) satélites que utilizan una mitad (que
ocupa aproximadamente 6,25 MHz) y los transmisores terrestres que
ocupan la otra mitad. Puesto que se utiliza el aislamiento de
polarización para los satélites, pueden compartir su parte del
ancho de banda total, sin requerir una parte dedicada separada para
cada satélite individual, y pueden dejar el resto para los
transmisores terrestres. La banda restante puede asignarse a los
transmisores terrestres en patrones de reutilización de frecuencia
conocidos, tal como se desee. Por ejemplo, un plan de reutilización
de 3 veces debería permitir un gran número de estaciones base
terrestres para utilizarse para cubrir grandes zonas sin
interferencia significativa.
Además, pueden utilizarse asignaciones de ancho
de banda más complejas para conseguir mejoras adicionales en el
aislamiento. Por ejemplo, podría utilizarse un esquema tal como se
muestra en la tabla VI.
Utilizar los procesos anteriores tiene varias
ventajas. Una es que pueden utilizarse diferentes tasas y códigos
para transmisores terrestres con respecto a los satélites. Además,
pueden utilizarse un satélite y uno o más transmisores terrestres
en combinación de diversidad cuando se bloquea la recepción del otro
satélite, y así sucesivamente. Los transmisores terrestres pueden
utilizar la regeneración y una forma diferente de modulación si se
desea, especialmente cuando se emite en una parte separada de la
banda de frecuencia total asignada para esta aplicación (es decir,
una mitad u otras partes de la banda mientras que se obliga a los
satélites a operar en la otra mitad o partes no
terrestres).
terrestres).
Puede llevarse a cabo una ventaja potencial
cuando se utiliza un enfoque de forma de onda CDM. En esta
situación, pueden utilizarse diferentes códigos PN para los
transmisores terrestres (probablemente un conjunto de códigos que
emplean desplazamientos de fase o tiempo para generar diferentes
"códigos" para cada uno) y satélites (probablemente un
conjunto diferente que utiliza desplazamientos de fase entre cada
uno) que permiten que se detecten y utilicen los diferentes códigos
PN para ajustar automáticamente el ancho de banda de bucle para
bucles de recuperación de señales piloto y aquéllas en los
receptores. Basarse en los parámetros de control de bucle o
configuraciones del PN de la fuente puede proporcionar un mecanismo
de control eficaz y muy potente para mejorar el funcionamiento de
tales
bucles.
bucles.
Obsérvese que pueden utilizarse las estructuras
de antena o antenas multi-puerto, tales como 2
puertos o 3 puertos, para conseguir ventajas. En algunas
aplicaciones, podrían disponerse simplemente múltiples antenas que
se configuran para tener más ganancia a algunas altitudes o
dirección. Además, pueden utilizarse antenas especializadas que son
sensibles a los modos de polarización. Por ejemplo la antena 502
puede configurarse utilizando elementos que son sensibles a los
modos de polarización que pueden elegirse selectivamente para
recibir señales deseadas (entre los que se conmuta).
La descripción anterior de las realizaciones
preferidas se proporciona para permitir a cualquier experto en la
técnica hacer o usar la presente invención. Mientras que la
invención se ha mostrado y descrito particularmente con referencia
a las realizaciones preferidas de la misma, los expertos en la
técnica entenderán que pueden hacerse diversos cambios en la forma
y detalles en la misma sin apartarse del alcance de la invención,
tal como se define mediante las reivindicaciones.
Claims (17)
1. Un procedimiento para el
aislamiento de transmisiones de canales múltiples sobre señales de
comunicaciones de múltiples fuentes (102, 104, 106) de señal,
comprendiendo dicho procedimiento:
dividir dichos canales en N grupos de canales;
y
transmitir primera información sobre uno primero
de dichos N grupos de canales desde una primera fuente (102, 104,
106) de señal utilizando un primer modo de polarización mientras que
se transmite simultáneamente de forma sustancial segunda
información sobre un segundo de dichos N grupos de canales desde una
segunda fuente (102, 104, 106) de señal utilizando un segundo modo
de polarización que es sustancialmente ortogonal al primer modo de
polarización, caracterizado por después:
transmitir la primera información sobre el
primero de dichos N grupos de canales desde dicha segunda fuente
(102, 104, 106) de señal utilizando dicho segundo modo de
polarización mientras que se transmite simultáneamente de forma
sustancial la segunda información sobre el segundo de dichos N
grupos de canales desde dicha primera fuente (102, 104, 106) de
señal utilizando dicho primer modo de polarización.
2. Un procedimiento para el
aislamiento de transmisiones de canales múltiples sobre señales de
comunicaciones de múltiples fuentes (102, 104, 106) de señal,
comprendiendo dicho procedimiento:
dividir dichos canales en N grupos de canales;
y
transmitir primera información sobre uno primero
de dichos N grupos de canales desde una primera fuente (102, 104,
106) de señal utilizando un primer modo de polarización mientras que
se transmite simultáneamente de forma sustancial segunda
información sobre un segundo de dichos N grupos de canales desde una
segunda fuente (102, 104, 106) de señal utilizando un segundo modo
de polarización que es sustancialmente ortogonal al primer modo de
polarización, caracterizado por después:
transmitir la primera información sobre el
primero de dichos N grupos de canales desde dicha segunda fuente
(102, 104, 106) de señal utilizando dicho primer modo de
polarización mientras que se transmite simultáneamente de forma
sustancial la segunda información sobre el segundo de dichos N
grupos de canales desde dicha primera fuente (102, 104, 106) de
señal utilizando dicho segundo modo de polarización.
3. Procedimiento según la
reivindicación 1 ó 2, en el que dicha primera información son datos
nulos.
4. Procedimiento según cualquiera de
las reivindicaciones anteriores, en el que las fuentes (102, 104,
106) de señal comprenden dos o más satélites (104, 106).
5. Procedimiento según la
reivindicación 4, en el que dichos satélites (104, 106) están en
órbitas geosíncronas.
6. Procedimiento según cualquiera de
las reivindicaciones 1 a 3, en el que las fuentes (102, 104, 106)
de señal comprenden dos o más transmisores (102) terrestres.
7. Procedimiento según las
reivindicaciones 1 ó 2, en el que las señales comprenden señales de
comunicaciones de tipo CDM o TDM.
8. Procedimiento según las
reivindicaciones 1 ó 2, en el que las fuentes (102, 104, 106) de
señal comprenden dos o más satélites (104, 106) y dos o más
transmisores (102) terrestres.
9. Procedimiento según la
reivindicación 8, en el que dichos satélites (104, 106) transfieren
señales en una o más partes predefinidas de un ancho de banda
asignado total, y dichos transmisores (102) terrestres transmiten
señales en una o más partes predefinidas en el resto de dicho ancho
de banda asignado.
10. Procedimiento según la reivindicación
8, en el que dichos satélites (104, 106) y dichos transmisores
(102) terrestres transmiten señales de tipo CDM que utilizan
diferente ensanchamiento PN entre satélites (104, 106) y
transmisores (102).
11. Un aparato para el aislamiento de
transmisiones de canales múltiples sobre señales de comunicaciones
de múltiples fuentes (102, 104, 106) de señal, comprendiendo dicho
aparato:
medios para dividir dichos canales en N grupos
de canales; y
medios para transmitir primera información sobre
uno primero de dichos N grupos de canales desde una primera fuente
(102, 104, 106) de señal utilizando un primer modo de polarización
mientras que se transmite simultáneamente de forma sustancial
segunda información sobre un segundo de dichos N grupos de canales
desde una segunda fuente (102, 104, 106) de señal utilizando un
segundo modo de polarización que es sustancialmente ortogonal al
primer modo de polarización, caracterizado por:
medios para transmitir después la primera
información sobre el primero de dichos N grupos de canales desde
dicha segunda fuente (102, 104, 106) de señal utilizando dicho
segundo modo de polarización mientras que se transmite
simultáneamente de forma sustancial la segunda información sobre el
segundo de dichos N grupos de canales desde dicha primera fuente
(102, 104, 106) de señal utilizando dicho primer modo de
polarización.
12. Un aparato para el aislamiento de
transmisiones de canales múltiples sobre señales de comunicaciones
de múltiples fuentes (102, 104, 106) de señal, comprendiendo dicho
aparato:
medios para dividir dichos canales en N grupos
de canales; y
medios para transmitir primera información sobre
uno primero de dichos N grupos de canales desde una primera fuente
(102, 104, 106) de señal utilizando un primer modo de polarización
mientras que se transmite simultáneamente de forma sustancial
segunda información sobre un segundo de dichos N grupos de canales
desde una segunda fuente (102, 104, 106) de señal utilizando un
segundo modo de polarización que es sustancialmente ortogonal al
primer modo de polarización, caracterizado por:
medios para transmitir después la primera
información sobre el primero de dichos N grupos de canales desde
dicha segunda fuente (102, 104, 106) de señal utilizando dicho
primer modo de polarización mientras que se transmite
simultáneamente de forma sustancial la segunda información sobre el
segundo de dichos N grupos de canales desde dicha primera fuente
(102, 104, 106) de señal utilizando dicho segundo modo de
polarización.
13. Aparato según las reivindicaciones 11
ó 12, en el que la primera información son datos nulos.
14. Aparato según las reivindicaciones 11
ó 12, que comprende medios (116, 118) para recibir dicho primero de
dichos N grupos de canales desde una de dichas fuentes (102, 104,
106) de señal utilizando un receptor (500) con un elemento (522) de
selección del modo de polarización.
15. Aparato según la reivindicación 14,
que comprende medios (502, 510) para configurar dicho elemento
(522) de selección del modo de polarización para recibir uno de N
grupos de canales desde dicha una fuente (102, 104, 106) de señal
durante un periodo de tiempo preseleccionado, y un segundo de dichos
N grupos de canales desde dicha una fuente (102, 104, 106) de señal
durante un periodo de tiempo preseleccionado posterior.
16. Aparato según la reivindicación 14,
que comprende medios para configurar la primera y segunda fuentes
(102, 104, 106) de señal para transmitir dicho primero de dichos N
grupos de canales durante un periodo de tiempo preseleccionado
utilizando el primer modo de polarización, y el segundo de dichos N
grupos de canales desde dicha primera fuente (102, 104, 106) de
señal durante un periodo de tiempo preseleccionado posterior
utilizando el segundo modo de polarización.
17. Aparato según las reivindicaciones 11
ó 12 en el que cada uno de dichos N grupos de canales se transmiten
durante un periodo de tiempo preseleccionado a una tasa de 1/N veces
el número total de canales por una tasa de datos original.
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