ES2297884T3

ES2297884T3 - Procedimiento y aparato para detectar y prevenir colisiones de mensajes en un sistema de comunicacion.

Info

Publication number: ES2297884T3
Application number: ES98921215T
Authority: ES
Inventors: Nikolai K. N. Leung
Original assignee: Qualcomm Inc
Current assignee: Qualcomm Inc
Priority date: 1997-05-16
Filing date: 1998-05-14
Publication date: 2008-05-01
Anticipated expiration: 2018-05-14
Also published as: DE69838906D1; CN1244993C; CN1267408A; US6487179B1; EP0983641A1; HK1027449A1; ATE382209T1; CN1474519A; CN1140067C; EP1478101A1; JP2002502563A; KR100641970B1; US6185195B1; DE69838906T2; AU7387898A; WO1998052299A1; KR20010012637A; EP0983641B1; ZA984134B; HK1061313A1

Abstract

Un aparato para prevenir y detectar colisiones de mensajes en un sistema de comunicación semidúplex sobre un canal de comunicación entre dicho aparato y un dispositivo (12, 30, 122) de comunicación, comprendiendo el aparato: un medio (104) controlador adaptado para: recibir un mensaje de entrada; transmitir dicho mensaje a dicho dispositivo (12, 30, 122) de comunicación sobre un canal (132) directo de dicho canal de comunicación si el canal de comunicación está despejado; analizar dicho mensaje para determinar si es posible recibir una respuesta desde dicho dispositivo (12, 30, 122) de comunicación mientras se está transmitiendo el mensaje; y generar una señal de control que depende del análisis; y un medio detector de señales un medio (108, 110, 114, 116) cancelador de eco adaptado para: recibir dicha señal de control desde dicho medio (104) controlador, en el que dicho medio (108, 110, 114, 116) cancelador de eco está adaptado para configurarse en un modo de entrenamiento si no es posible recibir una respuesta y configurarse de otro modo en un modo de supervisión; recibir dicho mensaje desde dicho medio (104) controlador; y recibir una señal sobre un canal (130) inverso de dicho canal de comunicación, incluyendo dicha señal alguna respuesta desde el dispositivo (12, 30, 122) de comunicación, en el que: dicho medio (108, 110, 114, 116) cancelador de eco está adaptado para generar y proporcionar una señal de error a dicho medio (106) detector de señales basándose en dicho mensaje y dicha señal cuando dicho medio (108, 110, 114, 116) cancelador de eco está en dicho modo de supervisión; y dicho medio (106) detector de señales está adaptado para recibir dicha señal de error y para enviar una señal de estado a dicho medio (104) controlador cuando dicho medio (108, 110, 114, 116) cancelador de eco está en dicho modo de supervisión, basándose dicha señal de estado en la señal de error e indicando la presencia o ausencia de una colisión de mensajes.

Description

Procedimiento y aparato para detectar y prevenir colisiones de mensajes en un sistema de comunicación.

Antecedentes de la invención I. Campo de la invención

La presente invención se refiere a transmisión de datos. Más en particular, la presente invención se refiere a procedimientos novedosos y mejorados para prevenir y detectar colisiones de mensajes en un sistema de comunicación semidúplex.

II. Descripción de la técnica relacionada

En un sistema de comunicación semidúplex, múltiples dispositivos que se comunican están conectados a un único canal de comunicación. Un sistema de este tipo es un sistema de comunicación de fax en el que dos máquinas de fax envían mensajes a través de una línea telefónica. Los dispositivos semidúplex tales como máquinas de fax sólo pueden transmitir o recibir mensajes en cualquier instante particular. Estos dispositivos no pueden transmitir y recibir datos simultáneamente. Si dos dispositivos transmiten señales entre sí simultáneamente y ningún dispositivo está escuchando, los dispositivos no recibirán el mensaje del otro. Este caso se conoce como una colisión de mensajes.

La mayoría de sistemas de comunicación semidúplex están diseñados para minimizar las colisiones de mensajes para mejorar la calidad de las comunicaciones. Estos sistemas emplean una variedad de esquemas para evitar las colisiones de mensajes. Algunos de estos esquemas requieren una cierta calidad en el canal de comunicación. A medida que el canal de comunicación se deteriora, puede haber una mayor probabilidad de colisiones de mensajes. Otros esquemas utilizan sincronismo y sincronización especiales para evitar colisiones de mensajes. Para estos esquemas, los retardos aumentados en el canal de comunicación pueden provocan que el sistema falle.

Un sistema de comunicación de fax es un ejemplo de un sistema de comunicación semidúplex que se basa en el sincronismo y la sincronización entre las dos máquinas de fax que se comunican para evitar las colisiones de mensajes. Las máquinas de fax se comunican entre sí a través de un canal de red telefónica pública conmutada (PSTN) estándar que tiene características de calidad y retardo de canal conocidas. Cuando un canal PSTN no estándar, tal como un sistema de comunicación digital o un enlace por satélite, se inserta entre las dos máquinas de fax los retardos de transmisión aumentados pueden provocar que fallen las interacciones de fax debido a colisiones de mensajes.

Se incorpora un sistema de comunicación digital o enlace por satélite con el sistema de comunicación semidúplex para ampliar el rango de cobertura, permitir la movilidad en los dispositivos que se comunican, y aumentar la interconectividad entre diferentes dispositivos que se comunican. Un sistema de comunicación digital ejemplar que puede utilizarse junto con un sistema de comunicación de fax es un sistema de acceso múltiple por división de código (CDMA) inalámbrico que opera en la banda del sistema de comunicación personal (PCS) o celular o un sistema de comunicación por satélite GLOBALSTAR. Estos sistemas de comunicación digital presentan retardos de procesamiento inherentes que resultan de la gran cantidad de procesamiento de señales digitales y de retardos de transmisión. Estos sistemas de comunicación digital también emplean estaciones base centrales para combinar o multiplexar señales de muchos dispositivos que se comunican en una señal de transmisión común. El retardo global resultante puede ser tanto intolerablemente largo como impredecible.

A lo largo de esta memoria descriptiva, se mantiene una estructura sintáctica para aclarar la descripción de la invención. Al describir las comunicaciones entre dos dispositivos, se utiliza el término "mensaje" para denotar una comunicación desde un dispositivo fuente hasta un dispositivo destino. Este "mensaje" puede retransmitirse o no mediante el dispositivo fuente. El término "respuesta" se utiliza para denotar una comunicación desde el dispositivo destino hasta el dispositivo fuente como el resultado del "mensaje" transmitido anteriormente.

En un sistema de comunicación semidúplex que utiliza un esquema de sincronismo y sincronización para evitar la colisión de mensajes, un dispositivo fuente que desea comunicarse con un dispositivo destino sobre el mismo canal inicia la comunicación enviando un mensaje y esperando una respuesta del dispositivo destino. Después de que transcurre una cantidad de tiempo predeterminada, si no se recibe respuesta, el dispositivo fuente retransmite el mensaje. Este proceso se repite durante un número especificado de veces o hasta que se reciba una respuesta.

Para un sistema de comunicación de fax grupo 3 estándar, el sincronismo y la sincronización entre máquinas de fax cumple con el comportamiento según se especifica en "ITU-T Recommendation T.30: Procedures for Document Facsimile Transmission in the General Switched Telephone Network", al que se hace referencia en lo sucesivo en el presente documento como el protocolo de fax T.30. El protocolo de fax T.30 utiliza un número de técnicas de modulación para la transmisión de datos de mensajes directos. En particular, se lleva a cabo la adaptación de parámetros y el establecimiento de comunicación entre máquinas de fax utilizando la técnica de modulación especificada en "CCITT Recommendation V.21: 300 bps Duplex Modem Standard for use in the General Switched Telephone Network (GSTN)". El establecimiento de conexión establece el modo de comunicaciones apropiado entre las máquinas
de fax.

Para un sistema de fax T.30, una máquina de fax que llama inicia una llama marcando la máquina de fax llamada y enviando un tono de llamada (CNG). La máquina de fax llamada detecta la llamada entrante y devuelve un tono de identificación de estación llamada (CED) a la máquina de fax que llama. La máquina de fax llamada envía entonces su señal de identificación digital (DIS) a la máquina de fax que llama para informar a la máquina de fax que llama de sus capacidades. Tras la detección de la señal DIS, la máquina de fax que llama envía una señal de comando digital (DCS) para informar a la máquina de fax llamada de las capacidades que planea utilizar la máquina de fax que llama.

También tienen lugar otros mensajes además de las señales de iniciación descritas anteriormente entre las máquinas de fax durante una llamada. Por ejemplo, las señales de entrenamiento, mensajes de información y mensajes de terminación también son parte de una llamada de fax típica.

Una máquina de fax que llama y una máquina de fax llamada se envían muchos mensajes entre sí durante una llamada. Los mensajes se envían desde o bien la máquina de fax que llama o bien la máquina de fax llamada en diversas fases en una llamada de fax. Puesto que tanto la máquina de fax que llama como la llamada pueden iniciar mensajes, la descripción posterior describe las comunicaciones en cuanto a una máquina de fax fuente que inicia un mensaje para una máquina de fax destino y una máquina de fax destino que reacciona con una respuesta de vuelta a la máquina de fax fuente sin referencia a la máquina de fax que llama o llamada. Algunos de los mensajes de la máquina de fax fuente deben repetirse si no se recibe ninguna respuesta para estos mensajes.

El protocolo de fax T.30 especifica el procedimiento que debe seguirse cuando se inicia una llamada entre las máquinas de fax. Por ejemplo, se definen específicamente la secuencia y formato de los mensajes CNG, CED, DIS y DCS. El protocolo de fax T.30 define también los mensajes que deben repetirse si no se recibe ninguna respuesta. Por lo tanto, supervisando el formato de mensaje y teniendo un conocimiento a priori de la secuencia de señalización, es posible determinar qué mensaje se repetirá. Un mensaje repetido puede determinarse analizando el mensaje y el estado de una llamada de fax en el que se recibe, según el protocolo de fax T.30.

Para adaptarse a condiciones de canal desfavorables, el protocolo de fax T.30 requiere que se repitan ciertos mensajes no contestados entre las máquinas de fax. Si la máquina de fax fuente envía un mensaje de este tipo a la máquina de fax destino, la máquina de fax fuente espera una respuesta de la máquina de fax destino dentro de un periodo de tiempo especificado. Si no se recibe ninguna respuesta después del periodo de tiempo especificado, el protocolo de fax T.30 requiere que la máquina de fax fuente retransmita el mensaje. Las retransmisiones continúan hasta que se reciba una respuesta desde la máquina de fax de destino o se haya realizado un número excesivo de intentos.

Las DIS y ciertos mensajes entre las máquinas de fax se repiten en un intervalo de repetición especificado si no se detecta ninguna respuesta. El protocolo de fax T.30 define el intervalo de repetición más corto dentro del cual se permite una retransmisión. Por ejemplo, el protocolo de fax T.30 especifica que el intervalo de repetición para una máquina de fax que opera en modo automático sea 3,0 s \pm 0,45 s. Esto significa que una máquina de fax que cumple con el protocolo de fax T.30 no debería retransmitir un mensaje en 2,55 s desde el mensaje anterior. Por lo tanto, si una máquina de fax de este tipo recibe una respuesta dentro del intervalo de repetición más corto de 2,55 s, no se producirá ninguna colisión.

Bajo este esquema de sincronismo de fax T.30, retardos de transmisión largos en el canal de comunicación pueden provocan colisiones de mensajes. En un escenario, la máquina de fax fuente transmite un mensaje a la máquina de fax destino y, debido a los retardos de transmisión, la respuesta desde la máquina de fax destino tarda más tiempo que el periodo de repetición en alcanzar la máquina de fax fuente. Puesto que la máquina de fax fuente no recibe la respuesta a tiempo, retransmite el mensaje. Si la respuesta desde la máquina de fax destino llega en el mismo momento en que la máquina de fax fuente está retransmitiendo el mensaje, se produce una colisión de mensajes y la máquina de fax fuente no recibirá la respuesta.

En un sistema de comunicación de fax ejemplar que utiliza un sistema de comunicación PSTN estándar, el canal de comunicación es normalmente una interfaz RJ-11. La interfaz RJ-11 se conoce en la técnica y está compuesta de un par de hilos para llevar una señal diferencial. El uso de una señal diferencial mejora el rendimiento debido a la inmunidad al ruido superior frente a una señal de extremo único. La interfaz RJ-11 lleva todas las comunicaciones entre las máquinas de fax sobre el mismo par de hilos.

El conversor de 2 a 4 hilos, un circuito híbrido también conocido en la técnica, se utiliza para desacoplar los mensajes y respuestas sobre la interfaz RJ-11. El conversor de 2 a 4 hilos está compuesto de un par de hilos diferencial sobre el lado primario y dos pares de hilos diferenciales sobre el lado secundario. El par de hilos diferencial sobre el lado primario está conectado a la interfaz RJ-11 que, a su vez, está conectada a una máquina de fax destino. Los dos pares de hilos diferenciales sobre el lado secundario están conectados a un canal directo y a un canal inverso. El canal directo lleva mensajes desde un dispositivo fuente hasta la máquina de fax destino a través del conversor de 2 a 4 hilos. Asimismo, las respuestas desde la máquina de fax destino se acoplan al canal inverso a través del conversor de 2 a 4 hilos. De manera ideal, sólo deberían aparecer mensajes sobre el canal directo y sólo deberían aparecer respuestas sobre el canal inverso. Debido a las imperfecciones en la implementación del conversor de 2 a 4 hilos, aparecen versiones pequeñas pero distorsionadas de los mensajes sobre el canal inverso y viceversa. Un circuito de prevención/detección de colisiones debe poder operar con estas imperfecciones conocidas en el conversor de 2 a 4 hilos.

La incapacidad para acabar con los retardos impredecibles y largos hace que las comunicaciones entre máquinas de fax grupo 3 sobre canales de comunicación PSTN no estándar no sean fiables. Se necesita un procedimiento para detectar colisiones de mensajes independientemente de la cantidad de retardo de canal e independientemente de la fuente de la señal de interferencia.

El documento EP-A-0.224.132 describe un transceptor compuesto óptico para un sistema de red de área local de tipo bus que presenta un cable de fibra óptica como una línea de transmisión unidireccional y que utiliza un procedimiento de acceso múltiple por detección de la portadora/detección de colisiones (DSMA/CD) para detectar colisiones de mensajes.

El documento US 5 136 576 describe un procedimiento y sistema para la transmisión entre una primera y una segunda estación a través de un enlace de transmisión en el que en al menos parte del cual las transmisiones en dos direcciones viajan sobre una trayectoria común, en el que una primera estación incluye un cancelador de eco. La transmisión simultánea por las estaciones se produce sólo durante periodos que siguen inmediatamente a un periodo de transmisión por la primera estación sólo y son de corta duración con respecto a la velocidad de cambio de las características de eco de la trayectoria.

Sumario de la invención

Es un objetivo de la invención detectar colisiones de mensajes en un sistema de comunicación semidúplex.

La invención proporciona un aparato y un procedimiento para prevenir y detectar colisiones de mensajes en un sistema de comunicación semidúplex tal como se expone en las reivindicaciones 1 y 8, respectivamente. En las reivindicaciones dependientes se exponen realizaciones preferidas.

En la práctica de la invención puede interponerse un conversor de 2 a 4 hilos entre el detector de colisiones y el dispositivo de comunicación. A través del conversor de 2 a 4 hilos puede encaminarse un mensaje sobre el canal directo al dispositivo de comunicación. A través del conversor de 2 a 4 hilos puede encaminarse una respuesta desde el dispositivo de comunicación al canal inverso. Debido a las imperfecciones en el conversor de 2 a 4 hilos, una parte del mensaje sobre el canal directo también aparece sobre el canal inverso.

El detector puede operar en un periodo de entrenamiento o en un periodo de transmisión de mensajes. Durante un periodo de entrenamiento, se transmite un mensaje al dispositivo de comunicación sobre un canal directo. Debido a las imperfecciones en el conversor de 2 a 4 hilos, una parte del mensaje aparece sobre el canal inverso como un eco. El mensaje también se hace pasar a través de un filtro adaptativo para producir una estimación del eco. Durante el periodo de entrenamiento, el cancelador de eco supervisa la señal de error entre el eco y la estimación del eco y ajusta la respuesta en frecuencia de su filtro para minimizar la señal de error. Durante un periodo de transmisión de mensajes, el filtro adaptativo es fijo y el cancelador de eco mide la señal de error. Si aparece una respuesta sobre un canal inverso durante la transmisión del mensaje, el detector de colisiones indica que se ha producido una colisión de mensajes y emite una señal de estado que indica la situación.

En una realización de la invención las colisiones de mensajes en un sistema de comunicación semidúplex se detectan utilizando un estimador de parámetros de señal. Durante el periodo de entrenamiento, el estimador de parámetros de señal mide la energía espectral del eco sobre el canal inverso. El estimador de parámetros de señal crea entonces un conjunto de valores umbrales basándose en el energía medida del eco. Durante el periodo de transmisión de mensajes, el estimador de parámetros de señal compara la energía espectral medida de la señal sobre el canal inverso y compara los valores medidos con el conjunto de valores umbrales. Si los valores medidos están fuera del rango de umbrales, se indica una colisión de mensajes y el estimador de parámetros de señal emite una señal de estado que indica la situación.

Lo anterior, junto con otros objetivos, características y ventajas de esta invención, se harán más evidentes cuando se haga referencia a la siguiente memoria descriptiva, reivindicaciones y a los dibujos adjuntos.

Breve descripción de los dibujos

Las características, objetivos y ventajas de la presente invención se harán más evidentes a partir de la descripción detallada expuesta posteriormente de una realización de la invención cuando se toma conjuntamente con los dibujos, en los que los mismos caracteres de referencia se identifican de manera correspondiente en todo el documento y en los que:

la figura 1 es un diagrama de bloques de un sistema de comunicación PSTM semidúplex de la técnica anterior;

la figura 2 es un diagrama de bloques de un sistema de comunicación PSTN semidúplex que incluye un sistema de comunicación digital;

la figura 3 es un diagrama de bloques de un circuito de prevención/detección de colisiones basado en cancelador de eco;

la figura 4 es un diagrama de bloques de un circuito cancelador de eco ejemplar;

la figura 5 es un diagrama de flujo de un procedimiento de detección de colisiones basado en cancelador de eco que lleva a cabo la presente invención.

Descripción detallada de las realizaciones preferidas

En la figura 1 se muestra un ejemplo de un sistema de comunicación semidúplex conocido. Un sistema de este tipo es un sistema de comunicación de fax estándar. En este sistema de comunicación de fax, la máquina A 2 de fax se comunica con la máquina B 10 de fax mediante una red 6 telefónica pública conmutada (PSTN) a través de canales 4 y 8 de comunicación. La máquina A 2 de fax está conectada a la PSTN 6 a través del canal 4 de comunicación. La PSTN 6 está conectada a la máquina B 10 de fax a través del canal 8 de comunicación. La PSTN 6 actúa como un conmutador para conectar el canal 4 de comunicación al canal 8 de comunicación para permitir comunicaciones entre las máquinas de fax. Los canales 4 y 8 de comunicación son normalmente interfaces RJ-11 estándar. Las características y retardos de las interfaces RJ-11 y la PSTN 6 están bien definidos y explicados en el protocolo de fax T.30.

En la figura 2 se ilustra un sistema de comunicación que emplea un sistema de comunicación inalámbrica. En este sistema de comunicación, un sistema de comunicación inalámbrica está conectado en serie con los canales 14 y 24 de comunicación entre una máquina A 12 de fax y una máquina B 30 de fax. El sistema de comunicación digital puede ser un sistema CDMA inalámbrico terrestre o un sistema de comunicación por satélite tal como el sistema GLOBALSTAR. La máquina A 12 de fax se comunica con el teléfono 16 de sistema de abonado único (SSS) a través de un canal 14 de comunicación. En la realización preferida, el canal 14 de comunicación es una interfaz RJ-11. El teléfono 16 SSS demodula y procesa digitalmente los datos y transmite la salida resultante a través del canal 18 de comunicación aérea. El canal 18 de comunicación aérea puede ser un enlace por satélite o un enlace inalámbrico terrestre. La estación 22 base recibe la señal aérea, procesa y remodula la señal, y envía los datos a la PSTN 26 a través del canal 24 de comunicación. El canal 24 de comunicación es normalmente una línea T1/E1 estándar o cualquier otro medio de transmisión similar. La PSTN 26 encamina los datos a la máquina B 30 de fax a través del canal 28 de comunicación.

El procesamiento de señales digitales en el teléfono 16 SSS y la estación 22 base retarda las comunicaciones entre la máquina A 12 y la máquina B 30 de fax. Las transmisiones de señales a través de canales 18 y 20 de comunicación aérea se añaden al retardo global. El retardo total provoca que un mensaje que proviene de la máquina de fax fuente se reciba más tarde por la máquina de fax destino. Asimismo, una respuesta desde la máquina de fax destino llega a la máquina de fax fuente en un momento posterior.

En la realización ejemplar, se utilizan circuitos 40a y 40b de prevención/detección de colisiones que residen dentro del sistema de comunicación semidúplex para detectar colisiones de mensajes entre la máquina A 12 de fax y la máquina B 30 de fax. El circuito 40a de prevención/detección de colisiones reside en el teléfono 16 SSS y el circuito 40b de prevención/detección de colisiones reside en la estación 22 base. En la realización preferida, se asigna un circuito 40 de prevención/detección de colisiones a cada una de las dos máquinas de fax que se comunican.

En una llamada entre máquinas de fax, una máquina de fax se comporta como una máquina de fax fuente para algunos mensajes y como una máquina de fax destino para otros mensajes. Al describir la presente invención, sólo es necesario describir la comunicación entre el circuito 40 de prevención/detección de colisiones y una máquina de fax destino sin considerar la máquina de fax fuente. Limitar la descripción al circuito de prevención/detección de colisiones y a la máquina de fax destino permite una descripción específica de la presente invención sin pérdida de alcance.

En la realización preferida, se utiliza un detector de colisiones basado en cancelador de eco para detectar colisiones de mensajes. En la figura 3 se muestra un detector de colisiones basado en cancelador de eco. En esta realización, el detector 100 de colisiones está conectado en serie con el canal de comunicación entre las máquinas de fax. El detector 100 de colisiones reside dentro del teléfono 16 SSS y/o la estación 22 base (véase la figura 2) y está etiquetado como circuito 40 de prevención/detección de colisiones en la figura 2. En la realización preferida, se asigna un detector 100 de colisiones a cada una de las dos máquinas 12 y 30 de fax de comunicación. Para mayor claridad, la siguiente descripción se centra en la comunicación de fax entre el circuito 40a de prevención/detección de colisiones y la máquina A 12 de fax en la figura 2, que se renumeran como el detector 100 de colisiones y la máquina 122 de fax en la figura 3. También se produce la misma interacción entre el circuito 40b de prevención/detección de colisiones y la máquina B 30 de fax.

Haciendo referencia a la figura 3, el detector 100 de colisiones basado en cancelador de eco reside dentro del teléfono 16 SSS. El detector 100 de colisiones recibe mensajes desde el teléfono 16 SSS y envía respuestas al teléfono 16 SSS. El detector 100 de colisiones está conectado al acoplador 120 a través del canal 132 directo y el canal 130 inverso. El acoplador 120 puede ser un conversor de 2 a 4 hilos o cualquier otro acoplador híbrido que pueda realizar la función descrita en el presente documento y es normalmente un adaptador conectado a la interfaz del teléfono 16 SSS. La máquina 122 de fax está conectada al acoplador 120 a través del canal 134 de comunicación tal como una interfaz RJ-11. El acoplador 120 acopla los mensajes sobre el canal 132 directo hasta la máquina 122 de fax y las respuestas desde la máquina 122 de fax hasta el canal 130 inverso.

Dentro del detector 100 de colisiones, un controlador 104 está conectado a una bomba 112 de fax. El controlador 104 puede implementarse en un microprocesador, un microcontrolador, un chip de procesador de señales digitales (DSP), o un ASIC programado para realizar la función tal como se describe. La bomba 112 de fax modula los datos digitales desde el controlador 104 y transmite la señal modulada como mensajes sobre el canal 132 directo. El cancelador 110 de eco está conectado al controlador 104, al canal 130 inverso, y al canal 132 directo. El cancelador 110 de eco recibe una señal de control desde el controlador 104 que ordena que el cancelador 110 de eco entre en un modo de entrenamiento o un modo de supervisión. El detector 106 de señales está interpuesto entre el cancelador 110 de eco y el controlador 104. El detector 106 de señales supervisa la señal de error desde el cancelador 110 de eco y emite una señal de estado que indica la presencia o ausencia de una colisión de mensajes, basándose en la señal de error del cancelador 110 de eco, hasta el controlador 104.

Si el controlador 104 necesita transmitir un mensaje a la máquina 122 de fax, el controlador 104 determina primero si el canal 134 de comunicación conectado a la máquina 122 de fax está despejado. Esta determinación se basa en la señal de estado del detector 106 de señales. Si el canal 134 de comunicación no está despejado, el controlador 104 espera a que el canal se libere antes de avanzar.

Basándose en el tipo del mensaje que va a enviarse a la máquina 122 de fax y su conocimiento a priori del protocolo de fax T.30, el controlador 104 sabe si se dará próximamente una respuesta desde la máquina 122 de fax como resultado de la recepción del mensaje. Si no se espera ninguna respuesta desde la máquina 122 de fax, una colisión de mensajes es altamente improbable y el controlador 104 envía una señal de control al cancelador 110 de eco para ordenar al cancelador 110 de eco entrar en el modo de entrenamiento. El controlador 104 envía entonces los datos de mensaje a la bomba 112 de fax. La bomba 112 de fax recibe los datos de mensaje desde el controlador 104, modula los datos y transmite la señal modulada como un mensaje sobre el canal 132 directo. Una parte predominante del mensaje se acopla a la máquina 122 de fax a través del acoplador 120. Debido a las imperfecciones en la implementación del acoplador 120, aparece un eco y(t) del mensaje sobre el canal 130 inverso. Para un sistema lineal, el eco es una versión pequeña, retardada en el tiempo y distorsionada en amplitud del mensaje. El eco aparece sobre el canal 130 inverso como resultado del acoplamiento interno dentro del acoplador 120. Puesto que se ha determinado previamente que el canal 134 de comunicación está despejado antes de la transmisión del mensaje, sólo el eco está presente sobre el canal 130 inverso.

El mensaje m(t) también se hace pasar a través de un filtro adaptativo que reside dentro del cancelador 110 de eco. El diseño e implementaciones de canceladores de eco son ampliamente conocidos en la técnica. La realización ejemplar del cancelador 110 de eco se describe en detalle en la patente estadounidense nº 5.307.405 titulada "NETWORK ECHO CANCELLER", que está transferida al cesionario de la presente invención. El filtro adaptativo ajusta sus características de respuesta en frecuencia, por ejemplo su respuesta de retardo y amplitud frente a la frecuencia, de tal manera que la salida del filtro es una estimación cercana del eco sobre el canal 130 inverso. El filtro adaptativo minimiza el error r(t) entre el eco y la estimación del eco ajustando la respuesta en frecuencia del filtro según un procedimiento adaptativo. El procedimiento adaptativo puede ser un algoritmo de mínimos cuadrados (LMS) o cualquier otra técnica de estimación de señal adecuada para la tarea descrita en el presente documento. Cuando se completa la transmisión del mensaje, el controlador 104 termina el periodo de entrenamiento y se fija la respuesta en frecuencia del filtro adaptativo. No se realiza ajuste sobre la respuesta en frecuencia del filtro adaptativo hasta el siguiente periodo de entrenamiento.

Durante la transmisión de mensajes desde el controlador 104 hasta la máquina 122 de fax, el controlador 104 envía una señal de control hasta el cancelador 110 de eco para poner al cancelador 110 de eco en el modo de supervisión. En este modo, el cancelador 110 de eco estima el eco sobre el canal 130 inverso filtrando el mensaje con el filtro adaptativo. Puesto que se acaba de entrenar al cancelador 110 de eco, la estimación en la salida del filtro 116 adaptativo es una aproximación cercana del eco sobre el canal 130 inverso. Como resultado, la señal r(t) de error entre la estimación de eco y el eco será una señal pequeña. El detector 106 de señales compara la señal de error con un umbral predeterminado y emite una señal de estado al controlador 104 que indica que la señal de error está por debajo del umbral predeterminado y que no se ha producido ninguna colisión de mensajes.

Debido a retardos de transmisión excesivos o a una sincronización incorrecta, la máquina 122 de fax puede transmitir una respuesta durante transmisiones de los mensajes. En este instante, la señal sobre el canal 130 inverso se compone del eco del mensaje y la respuesta de la máquina 122 de fax que está acoplada al canal 130 inverso mediante el acoplador 120. El cancelador 110 de eco sólo puede estimar el eco del mensaje. Por lo tanto, la señal r(t) de error entre la estimación de eco y la señal sobre el canal 130 inverso estará compuesta predominantemente de la respuesta de la máquina 122 de fax. El detector 106 de señales compara la señal de error con el umbral predeterminado. Si la señal de error supera el umbral predeterminado debido a la presencia de la respuesta de la máquina 122 de fax, el detector 106 de señales emite una señal de estado al controlador 104 que indica que una señal grande está presente sobre el canal 134 de comunicación y que hay una alta probabilidad de una colisión de mensajes. El controlador 104, tras la recepción de la señal de estado que indica una alta probabilidad de una colisión de mensajes, termina la transmisión del mensaje, supervisa continuamente la señal de estado y retransmite el mensaje en un momento posterior después de que se ha determinado que el canal 134 de comunicación está despejado.

Utilizando un detector de colisiones basado en cancelador de eco para detectar colisiones de mensajes, se mejoran enormemente las comunicaciones entre máquinas de fax en presencia de condiciones de canal deteriorado y/o grandes retardos de canal.

En la figura 4 se muestra una versión simplificada del cancelador de eco ejemplar. Tal como se muestra en la figura, se transmite un mensaje m(t) mediante la bomba 112 de fax a la máquina 122 de fax sobre el canal 132 directo a través del acoplador 120. El acoplador 120 dirige una parte predominante del mensaje desde el canal 132 directo hasta el canal 134 de comunicación. El mensaje también se acopla al canal 130 inverso debido al acoplamiento interno dentro del acoplador 120. Como resultado, se introduce un eco sobre el canal 130 inverso.

El cancelador 110 de eco estima el eco sobre el canal 130 inverso basándose en el mensaje. Se aplica el filtro 116 al mensaje para producir una estimación del eco. Las diferentes implementaciones de filtro tales como filtros analógicos, filtros no lineales o filtros digitales tales como un filtro de respuesta al impulso finita (FIR) o de respuesta al impulso infinita (IIR) sintetizado en hardware o software también pueden realizar la función de filtrado y están dentro del alcance de la presente invención. En la realización ejemplar, el filtro 116 es un filtro FIR. El sumador 108 es un amplificador diferencial con entradas conectadas al canal 130 inverso y al filtro 116 FIR. El sumador 108 puede implementarse con un amplificador diferencial y otros circuitos de combinación de señales. El sumador 108 emite una señal de error que es la diferencia entre la señal y(t) sobre el canal 130 inverso y la estimación y'(t) del eco del filtro 116 FIR.

Los coeficientes del filtro 116 FIR se proporcionan mediante un circuito 114 de actualización de coeficientes. El circuito 114 de actualización de coeficientes recibe la señal r(t) de error del sumador 108 y calcula un conjunto de coeficientes de filtro para el filtro 116 FIR que minimiza la señal r(t) de error. El cálculo de coeficientes puede realizarse mediante una de cualquier número de rutinas adaptativas. En la realización preferida, el cálculo de coeficientes se realiza mediante un algoritmo de mínimos cuadrados (LMS) que es conocido en la técnica. El circuito 114 de actualización de coeficientes también recibe la señal de control del controlador 104 que ordena que el circuito 114 de actualización de coeficientes entre en el modo de entrenamiento o en el modo de supervisión. El entrenamiento se permite sólo durante la transmisión del mensaje y sólo después de que el controlador 104 haya determinado que ninguna otra señal de interferencia, tal como una respuesta, esté presente sobre el canal 134 de comunicación (véase la figura 3). El circuito 114 de actualización de coeficientes sólo actualiza los coeficientes de filtro durante el periodo de entrenamiento. Durante el modo de supervisión, el circuito 114 de actualización de coeficientes está deshabilitado y el filtro 116 FIR mantiene los coeficientes de filtro calculados previamente.

La exactitud de la estimación de eco depende de la implementación del filtro FIR. Más coeficientes de filtro y mayor precisión matemática en la implementación del filtro FIR permiten una estimación más exacta del eco a expensas de mayor complejidad. Como mínimo, el eco debe cancelarse lo suficiente de tal manera que la señal r(t) de error resultante se encuentre constantemente por debajo del umbral predeterminado.

El umbral predeterminado se determina por consideraciones del sistema. El umbral debe ajustarse lo suficientemente bajo para permitir la detección de todas las respuestas de la máquina 122 de fax. Sin embargo, ajustar el umbral demasiado bajo puede dar como resultado indicaciones erróneas de colisiones de mensajes. En la realización preferida, el umbral se ajusta en un nivel que, si la respuesta lo supera, provocaría la recepción incorrecta del mensaje por la máquina 122 de fax pero que no indicaría erróneamente colisiones de mensajes.

En la realización preferida, el detector 106 de señales utiliza las técnicas descritas en la patente estadounidense nº 6.185.195, titulada "METHODS FOR PREVENTING AND DETECTING MESSAGE COLLISIONS IN A HALF-DUPLEX COMMUNICATION SYSTEM", en lo sucesivo en el presente documento como la patente 6.185.195, transferida al cesionario de la presente invención, para detectar la presencia de mensajes de fax en la señal r(t) de error. Se transmiten mensajes V.21 utilizando señales moduladas por manipulación binaria de desplazamiento de frecuencia donde 1650 Hz representa el número binario "1" y 1850 Hz representa el número binario "0". Tal como se describe en la patente 6.185.195, la señal r(t) de error se filtra mediante dos filtros de muesca, uno centrado en 1650 Hz y el segundo centrado en 1850 Hz. Las salidas de los filtros de muesca se elevan al cuadrado por separado y se acumulan sobre un intervalo predeterminado para obtener valores de energía. El detector 106 de señales analiza los valores de energía actuales y anteriores, por ejemplo comparando estos valores de energía con una identificación de energía conocida. Si los valores de energía cumplen un criterio predeterminado, por ejemplo, tal como se especifica en la patente 6.185.195, se indica una colisión de mensajes en la señal de estado enviada al controlador 104.

En una realización alternativa, el detector 106 de señales compara la señal r(t) de error con el umbral predeterminado. En esta realización, el detector 106 de señales puede implementarse con un comparador u otros circuitos de comparación de señales. En una realización, el detector 106 de señales compara la señal de error con un umbral predeterminado. Si la señal de error supera el umbral predeterminado, se indica una colisión de mensajes en la señal de estado enviada al controlador 104. En otra realización, se utilizan múltiples umbrales para indicar colisiones de mensajes con un grado de certeza variable. Una señal de error que supera cada uno de la multitud de umbrales se correspondería con una probabilidad diferente de colisión de mensajes. Estas y otras variaciones del detector 106 de señales están dentro del alcance de la presente invención.

En la figura 5 se muestra un diagrama de flujo que describe el funcionamiento del detector de colisiones basado en cancelador de eco de las figuras 3 y 4. Inicialmente, el detector de colisiones tiene un mensaje para enviar a la máquina de fax en el estado 200. El detector de colisiones primero comprueba el canal de comunicación conectado a la máquina de fax para determinar si el canal está despejado en la etapa 202. Si el canal no está despejado, el detector de colisiones continúa supervisando el canal y avanzará sólo después de que haya determinado que el canal está despejado.

En la etapa 204, el detector de colisiones analiza el mensaje para determinar si es posible recibir una respuesta desde la máquina 122 de fax mientras que la bomba 112 de fax está transmitiendo el mensaje. El detector de colisiones puede determinar esto basándose en su conocimiento del tipo del mensaje que va a transmitirse y en su conocimiento a priori del protocolo de fax T.30. Si no se espera respuesta desde la máquina de fax, la posibilidad de colisión de mensajes es mínima. El cancelador de eco se pone entonces en el modo de entrenamiento cuando la bomba de fax está transmitiendo el mensaje a la máquina de fax en la etapa 214.

En el modo de entrenamiento, el cancelador de eco intenta minimizar la diferencia entre el eco sobre el canal inverso y una estimación del eco. La estimación del eco se deriva filtrando el mensaje con un filtro adaptativo. El cancelador de eco intenta minimizar el error de la estimación ajustando las características del filtro. El modo de entrenamiento continúa hasta que se completa la transmisión del mensaje. Tras completar la transmisión, el detector de colisiones termina el proceso en el estado 220.

Si en la etapa 204, el detector de colisiones determina que es posible recibir una respuesta desde la máquina 122 de fax mientras que la bomba 112 de fax está transmitiendo el mensaje a la misma, se ordena al cancelador de eco entrar en el modo de supervisión en la etapa 206. El detector de colisiones manda entonces a la bomba de fax transmitir el mensaje a la máquina de fax en la etapa 208. Mientras continúa la transmisión, el detector de colisiones entra en un bucle para comprobar continuamente si se producen colisiones de mensajes durante la transmisión del mensaje. La primera etapa en el bucle implica supervisar la señal sobre el canal inverso en la etapa 210 para detectar una señal de interferencia del canal de comunicación. La señal de interferencia puede ser una respuesta de la máquina de fax. Si no se detecta ninguna señal de interferencia, el detector de colisiones determina entonces si se ha completado la transmisión del mensaje en la etapa 218. Si no se ha completado la transmisión, el detector de colisiones continúa transmitiendo el mensaje en la etapa 216 y vuelve a la etapa 210. Tras la determinación de que se ha transmitido el mensaje completo, el proceso termina en el estado 220.

Si el detector de colisiones detecta la presencia de una señal de interferencia sobre el canal de comunicación durante la transmisión del mensaje en la etapa 210, el detector de colisiones ordena a la bomba de fax terminar la transmisión en la etapa 212. El detector de colisiones continúa entonces supervisando el canal de comunicación hasta que se haya determinado que la señal de interferencia ha desaparecido en la etapa 202. Una vez que el canal está despejado, el detector de colisiones retransmite el mensaje empezando en la etapa 204.

En otra realización, el detector 106 de señales en la figura 3 también incluye un demodulador de señales. Cuando se detecta una señal en la señal r(t) de error, el demodulador descodifica la señal y determina el contenido de la respuesta desde la máquina 122 de fax. Esta respuesta se pasa al controlador 104. Entonces, basándose en esta respuesta y en el estado actual del protocolo de fax T.30, el controlador 104 decide si retransmitir el último mensaje, esperar o enviar un nuevo mensaje a la máquina 122 de fax.

Los circuitos de prevención/detección de colisiones en la figura 3 y el diagrama de flujo en la figura 5 pueden implementarse con una variedad de procedimientos. El concepto inventivo puede implementarse en hardware utilizando una máquina de estado, alguna memoria, y un reloj. La invención también puede implementarse en firmware mediante microcódigo que se ejecuta en un microordenador o un procesador de señales digitales. Otras implementaciones o una combinación híbrida de implementaciones están dentro del alcance de la presente invención.

Aunque la realización ejemplar se dirige a un sistema de comunicación de fax que opera de una manera semidúplex sobre la PSTN, el concepto inventivo es aplicable a cualquier comunicación entre múltiples dispositivos que utilizan un sistema de comunicación semidúplex. Por ejemplo, la presente invención puede dirigirse a comunicaciones entre ordenadores, máquinas de fax, escáneres, plóteres e impresoras, copiadoras, equipos de prueba y equipos de diagnóstico.

La descripción previa de las realizaciones preferidas se proporciona para permitir a cualquier experto en la técnica realizar o utilizar la presente invención. Las diversas modificaciones a estas realizaciones serán fácilmente evidentes para los expertos en la técnica, y los principios genéricos definidos en el presente documento pueden aplicarse a otras realizaciones sin la utilización de la actividad inventiva. Por tanto, la presente invención no pretende limitarse a las realizaciones mostradas en el presente documento sino que ha de concedérsele el alcance más amplio según se define mediante las reivindicaciones.

Claims

1. Un aparato para prevenir y detectar colisiones de mensajes en un sistema de comunicación semidúplex sobre un canal de comunicación entre dicho aparato y un dispositivo (12, 30, 122) de comunicación, comprendiendo el aparato:

un medio (104) controlador adaptado para:

: recibir un mensaje de entrada;

: transmitir dicho mensaje a dicho dispositivo (12, 30, 122) de comunicación sobre un canal (132) directo de dicho canal de comunicación si el canal de comunicación está despejado;

: analizar dicho mensaje para determinar si es posible recibir una respuesta desde dicho dispositivo (12, 30, 122) de comunicación mientras se está transmitiendo el mensaje; y

: generar una señal de control que depende del análisis; y

: un medio detector de señales

un medio (108, 110, 114, 116) cancelador de eco adaptado para:

: recibir dicha señal de control desde dicho medio (104) controlador, en el que dicho medio (108, 110, 114, 116) cancelador de eco está adaptado para configurarse en un modo de entrenamiento si no es posible recibir una respuesta y configurarse de otro modo en un modo de supervisión;

: recibir dicho mensaje desde dicho medio (104) controlador; y

: recibir una señal sobre un canal (130) inverso de dicho canal de comunicación, incluyendo dicha señal alguna respuesta desde el dispositivo (12, 30, 122) de comunicación, en el que:

dicho medio (108, 110, 114, 116) cancelador de eco está adaptado para generar y proporcionar una señal de error a dicho medio (106) detector de señales basándose en dicho mensaje y dicha señal cuando dicho medio (108, 110, 114, 116) cancelador de eco está en dicho modo de supervisión; y

dicho medio (106) detector de señales está adaptado para recibir dicha señal de error y para enviar una señal de estado a dicho medio (104) controlador cuando dicho medio (108, 110, 114, 116) cancelador de eco está en dicho modo de supervisión, basándose dicha señal de estado en la señal de error e indicando la presencia o ausencia de una colisión de mensajes.

2. El aparato según la reivindicación 1, en el que cuando dicho medio (108, 110, 114, 116) cancelador de eco está en dicho modo de supervisión, dicho medio (106) detector de señales está adaptado para comparar dicha señal de error con al menos un nivel umbral y dicha señal de estado está adaptada para indicar cuál de dichos al menos un nivel umbral es superado por dicha señal de error.

3. El aparato según la reivindicación 1, en el que dicho medio (106) detector de señales comprende medios calculadores de energía adaptados para calcular valores de energía de dicha señal de error cuando dicho medio (108, 110, 114, 116) cancelador de eco está en dicho modo de supervisión, en el que dicha señal de estado depende de dichos valores de energía.

4. El aparato según la reivindicación 1, en el que dicho medio (108, 110, 114, 116) cancelador de eco comprende un medio (114, 116) estimador de señales para estimar un eco recibido sobre el canal (130) inverso.

5. El aparato según la reivindicación 4, en el que dicho medio (114, 116) estimador de señales comprende un medio (114, 116) de filtro adaptativo.

6. El aparato según la reivindicación 5, en el que dicho medio (114, 116) de filtro adaptativo comprende un medio (116) de filtro FIR y un medio (114) de circuito de actualización de coeficientes.

7. El aparato según la reivindicación 6, en el que:

dicho medio (114) de circuito de actualización de coeficientes comprende un algoritmo de mínimos cuadrados; y

dicho medio (114) de circuito de actualización de coeficientes está adaptado para estar habilitado cuando dicho medio (108, 110, 114, 116) cancelador de eco está en dicho modo de entrenamiento y deshabilitado cuando dicho medio (108, 110, 114, 116) cancelador de eco está en dicho modo de supervisión.

\newpage

8. Un procedimiento para prevenir y detectar colisiones de mensajes en un sistema de comunicación semidúplex sobre un canal de comunicación entre un aparato y un dispositivo (12, 30, 122) de comunicación, comprendiendo el procedimiento:

recibir un mensaje de entrada en un medio (104) controlador;

transmitir (200) dicho mensaje a dicho dispositivo (12, 30, 122) de comunicación desde dicho medio (104) controlador sobre un canal (132) directo de dicho canal de comunicación si (202) el canal de comunicación está despejado;

analizar (204) dicho mensaje en dicho medio (104) controlador para determinar si es posible recibir una respuesta desde el dispositivo (12, 30, 122) de comunicación mientras está transmitiéndose el mensaje;

generar una señal de control en el medio (104) controlador dependiendo del análisis;

recibir, en un medio (108, 110, 114, 116) cancelador de eco, dicha señal de control, dicho mensaje y una señal sobre un canal (130) inverso del canal de comunicación, incluyendo dicha señal alguna respuesta desde el dispositivo (12, 30, 122) de comunicación;

configurar (214) dicho medio (108, 110, 114, 116) cancelador de eco en un modo de entrenamiento si no es posible recibir una respuesta, de lo contrario, configurar (206) dicho medio (108, 110, 114, 116) cancelador de eco en un modo de supervisión;

generar una señal de error en dicho medio (108, 110, 114, 116) cancelador de eco basándose en dicho mensaje y dicha señal cuando dicho medio (108, 110, 114, 116) cancelador de eco está en dicho modo de supervisión;

recibir dicha señal de error en un medio (106) detector de señales;

enviar (106) una señal de estado a dicho medio (104) controlador desde dicho medio (106) detector de señales cuando dicho medio (108, 110, 114, 116) cancelador de eco está en dicho modo de supervisión, siendo indicativa dicha señal de estado de la presencia o ausencia de una colisión de mensajes y basándose en dicha señal de error.

9. El procedimiento según la reivindicación 8, que comprende además:

comparar dicha señal de error con al menos un nivel umbral en el medio (106) detector de señales cuando el medio (108, 110, 114, 116) cancelador de eco está en el modo de supervisión,

en el que dicha señal de estado es indicativa de cuál de dicho al menos un nivel umbral es superado por dicha señal de error.

10. El procedimiento según la reivindicación 8, que comprende calcular valores de energía de dicha señal de error en dicho medio (106) detector de señales, en el que dicha señal de estado depende de dichos valores de energía.

11. El procedimiento según la reivindicación 8, que comprende filtrar dicho mensaje con un filtro (114, 116) adaptativo para generar una estimación de un eco recibido sobre el canal (130) inverso.

12. El procedimiento según la reivindicación 11, que comprende ajustar una respuesta en frecuencia de dicho filtro (114, 116) adaptativo cuando dicho medio (108, 110, 114, 116) cancelador de eco está en dicho modo de entrenamiento y mantener dicha respuesta en frecuencia cuando dicho medio (108, 110, 114, 116) cancelador de eco está en dicho modo de supervisión.