ES2326054A1 - Procedimiento de transmision simultaneo en tiempo y frecuencia de multiples comunicaciones de datos mediante modulaciones ofdm. - Google Patents
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Abstract
Procedimiento de transmisión simultáneo en tiempo y frecuencia de múltiples comunicaciones de datos mediante modulaciones OFDM. Que permite solucionar los problemas relativos a la interferencia producida entre equipos de comunicación de una misma tecnología pero pertenecientes a comunicaciones distintas que utilizan simultáneamente el mismo canal de comunicaciones en tiempo y frecuencia. Comprende modificar al menos uno de los parámetros de la señal de inicio. La ventaja principal de la invención es conseguir, de forma sencilla, que un equipo se sincronice correctamente con las señales que le llegan de su propia red mientras ignora las señales de menor potencia que son recibidas de otras redes que utilicen la misma o distinta tecnología, sin necesidad de realizar un complejo y costoso procesamiento en recepción.
Description
Procedimiento de transmisión simultáneo en
tiempo y frecuencia de múltiples comunicaciones de datos mediante
modulaciones OFDM.
La presente invención, tal y como se expresa en
el enunciado de esta memoria descriptiva se refiere a un
procedimiento de transmisión simultáneo en tiempo y frecuencia de
múltiples comunicaciones de datos mediante modulaciones OFDM. El
campo técnico de la invención es el de las telecomunicaciones de
datos en cualquier medio de transmisión, y su ventaja principal es
que permite que un equipo sea capaz de recibir correctamente las
señales de su propia red mientras ignora las señales de menor
potencia que le llegan de otras redes, sin necesidad de realizar un
postprocesado en recepción. Gracias a ello con el procedimiento de
invención se permite la reutilización del canal en tiempo y
frecuencia para las diferentes comunicaciones mediante
modificaciones en las señales de inicio, de manera que el resto de
comunicaciones son indistinguibles del ruido de fondo para una
comunicación dada. De esta forma se aumenta la capacidad de
transmisión al no tener que utilizar mecanismos para compartir el
canal entre las distintas comunicaciones.
En la mayoría de sistemas de telecomunicaciones
puede ocurrir que múltiples comunicaciones estén siendo
transmitidas al mismo tiempo a través del mismo canal. Esto puede
ocurrir de forma voluntaria, para intentar transmitir mayor
cantidad de información o bien porque existen redes de datos
distintas cuyas comunicaciones se cruzan en el mismo momento.
En el estado del arte el procedimiento para
distinguir la comunicación adecuada consiste en dirigir las
comunicaciones mediante la incorporación de una dirección de
destino en la información transmitida. Para utilizar este método es
necesario que el receptor demodule la señal para posteriormente
aceptarla o descartarla, en caso de que no contenga la dirección
correcta. Otra posibilidad es coordinar las redes utilizando
procedimientos de coexistencia para repartirse el tiempo o rango de
frecuencias del canal de comunicaciones entre las distintas
comunicaciones.
Una posible solución se describe en la patente
WO 98/09381 de título "High Capacity Wireless Communication
Using Spatial Subchannels" en la que se separa el canal de
comunicaciones en una serie de subcanales independientes para cada
una de las comunicaciones. En dicho procedimiento se utiliza una
array de antenas para realizar la separación espacial de los
subcanales. La presente invención presenta un procedimiento
totalmente distinto en el que no se necesita realizar un
procesamiento adicional para conseguir la coexistencia de las
comunicaciones en un mismo
canal.
canal.
Otra forma para realizar el acceso múltiple al
canal es la utilización de multiplexación por división de código
(CDMA). En este método se requiere ensanchar el ancho de banda de
transmisión, por lo que se emplea un ancho de banda mucho mayor que
el necesario para realizar la comunicación. El procedimiento de la
invención mejora la eficiencia ya que no ensancha el ancho de banda
de la señal.
En cualquiera de estos métodos del estado del
arte es necesario realizar un procesado en recepción para
recuperar la información correcta de los equipos que pertenezcan a
la misma red. Con el procedimiento de la invención se evita
realizar la sincronización con las señales de menor potencia que
lleguen de otras redes, con lo que no es necesario realizar ningún
procesado en recepción, al conseguir que las señales de otras redes
se confundan con el ruido de fondo del canal.
Cabe señalar que en la patente española
referente a "Procedimiento de acceso al medio de transmisión de
múltiples nodos de comunicaciones sobre red eléctrica" con
número de solicitud 200301422, perteneciente al mismo titular que
la presente invención, se describe un procedimiento en el que se
emplea una señal de inicio de transmisión. Sobre esta señal puede
utilizarse el procedimiento de la invención para solucionar los
problemas de interferencia producidos entre nodos de comunicación
que usan la misma tecnología pero pertenecen a redes distintas
usando el mismo canal de comunicaciones.
Para lograr los objetivos y evitar los
inconvenientes indicados en anteriores apartados, la invención
consiste en un procedimiento de transmisión simultáneo en tiempo y
frecuencia de múltiples comunicaciones de datos mediante
modulaciones OFDM, donde se están realizando al mismo tiempo
múltiples comunicaciones de datos sobre un mismo canal y en el que
se utiliza una señal de inicio en la transmisión de la trama,
presenta como novedad esencial modificar la señal de inicio de
transmisión de cada comunicación mediante la alteración de al menos
un parámetro constituyente de dicha señal de inicio de manera que
el resto de comunicaciones concurrentes en tiempo y frecuencia
respecto a una comunicación dada sea considerado ruido por ésta. En
este punto cabe señalar que por señal de inicio se entiende
aquella señal que precede a una trama de datos cualesquiera en una
comunicación. Normalmente dicha señal tiene como objetivo en
comunicaciones indicar el inicio de una trama válida para el
receptor. Concretamente en la presente invención la señal de inicio
es una señal que indica el inicio de una trama de comunicaciones en
el canal, y a título de ejemplo puede estar compuesta por la
repetición con determinados cambios en algunos parámetros, de
señales base constituyentes por yuxtaposición en tiempo de la señal
de inicio.
Lo expresado anteriores puede traducirse en que
la invención se caracteriza por comprender las siguientes etapas
en transmisión:
- generación de una señal de inicio con
parámetros físicos previamente establecidos para su comunicación
con el receptor, en el que al menos uno de los parámetros físicos
se ha alterado;
- transmisión de la señal de inicio;
- transmisión de los datos;
y comprende las siguientes etapas en
recepción:
- escucha del canal hasta la detección de la
señal de inicio con los parámetros físicos previamente establecidos
entre los que se encuentra al menos un parámetro físico alterado,
para su comunicación con el transmisor; y
- apertura de una ventana de recepción de datos
que siguen inmediatamente la señal de inicio detectada.
Cada comunicación se caracteriza por la
utilización de un conjunto común de señales de inicio con
determinadas características distintas del resto de
comunicaciones.
Existen múltiples formas de realizar la
modificación de las características de la señal de inicio que se
pueden usar para formar el conjunto de comunicaciones distintas,
siendo la elegida por la invención la alteración de los parámetros
constituyentes de dicha señal de inicio. En este punto cabe señalar
que se consideran parámetros constituyentes los parámetros físicos
que describen la señal de inicio. En la invención se destacan las
alteraciones de los parámetros correspondientes al desplazamiento
en frecuencia de dicha señal, el desplazamiento en tiempo, la
alteración de las características de simetría de la señal, de la
duración de cada repetición de las señales base que forman la señal
de inicio, de las relaciones de fases y amplitudes entre las
portadoras de la señal de inicio, o bien la alteración del número de
repeticiones de las señales base que forman la señal de inicio.
También podría alterarse una combinación de las alteraciones
señaladas.
A continuación se describe el significado de
cada uno de estos parámetros para facilitar la comprensión de la
invención:
- desplazamiento en frecuencia: suponiendo una
señal de inicio tipo X definida por tener una frecuencia central
central F, una señal Y desplazada en frecuencia será la señal X con
todas sus características constituyentes idénticas, excepto un
desplazamiento en la frecuencia central Delta, con lo que la
frecuencia central de Y será F \pm Delta. El Delta máximo para el
ámbito de la invención se considera la máxima separación entre
portadoras en el caso de que X sea una señal OFDM. A modo de
ejemplo en la figura 2 se muestran dos señales OFDM X (11) e Y (12)
con un desplazamiento en frecuencia Delta igual a la mitad de la
separación entre portadoras de X (13).
- Desplazamiento en tiempo: Suponiendo una señal
de inicio tipo X definida por tener a continuación tras uh tiempo
T el inicio de la trama de comunicaciones, una señal y desplazada
en tiempo será la señal X con todas sus características
constituyentes idénticas, excepto que el inicio de la trama de
comunicaciones se producirá tras un tiempo T \pm Delta. El Delta
máximo en el ámbito de la invención se considera la longitud de la
señal original X.
- Simetría de la señal: Suponiendo una señal de
inicio tipo X definida por estar constituida por repeticiones
sucesivas en tiempo de una señal base B, por ejemplo, cambiada de
signo alternativamente tal que X = BbBbBbB, donde b es B cambiada
de signo, una señal Y donde se ha cambiado la simetría de X es Y =
BbBBbBb.
- Cambio en la duración de las seriales:
Suponiendo una señal de inicio tipo X definida por tener una
duración T, una señal Y con una duración cambiada, será la señal X
con todas sus características constituyentes idénticas, excepto un
cambio en su duración Delta, con lo que la nueva duración de Y será
T \pm Delta. El Delta máximo para el ámbito de la presente
invención se considera en el orden de magnitud de las señales en
comunicaciones, es decir
1 mseg-1 nseg. En el ejemplo de la figura 4 se muestran dos señales de inicio compuestas por repeticiones de señales base (21) y (22) donde la duración de las señales base es distinta, y por tanto, las señales de inicio son de duración
distinta.
1 mseg-1 nseg. En el ejemplo de la figura 4 se muestran dos señales de inicio compuestas por repeticiones de señales base (21) y (22) donde la duración de las señales base es distinta, y por tanto, las señales de inicio son de duración
distinta.
- Cambio en las relaciones de fases y
amplitudes. Suponiendo una señal de inicio tipo X, que además es una
señal OFDM, tendremos un número de portadoras determinado en dicha
señal. Cada una de esas portadoras posee una amplitud y una fase. Si
suponemos que las portadoras en la señal de inicio X tienen una
amplitud de, por ejemplo, AaAaAa... Aa y una fase de PpPpPp.. Pp,
donde la longitud de dichas secuencias es igual al número de
portadoras de la señal de inicio OFDM, una señal Y tendrá un cambio
en las relaciones de fases y amplitudes respecto a X si sus
portadoras siguen una secuencia distinta a las de la X en amplitud
y/o en fase, como por ejemplo AaAaAa... Aa y fase PPppPP... pp.
- Número diferente de repeticiones: Suponiendo
una seña de inicio X, constituida por una repetición en tiempo de
N señales base B, tal que X=BBBB... B, una señal Y tendrá un número
diferente de repeticiones cuando el número de repeticiones de B que
forma Y (denominado M) sea distinto de N. En la figura 5 se
describe un ejemplo en el que muestran dos señales de inicio (23) Y
(24) que tienen un número distinto de repeticiones de señales
base.
En el caso concreto de utilizar un
desplazamiento en frecuencia para modificar la señal de inicio,
dicho desplazamiento será igual a una fracción de la separación
entre portadoras de la modulación OFDM.
A continuación, para facilitar una mejor
comprensión de esta memoria descriptiva y formando parte integrante
de la misma, se acompañan unas figuras en las que con carácter
ilustrativo y no limitativo se ha representado el objeto de la
invención.
\vskip1.000000\baselineskip
Figura 1.- Representa dos redes maestro esclavo
en las que las comunicaciones dentro de cada red interfieren en
las comunicaciones en la otra red.
Figura 2.- Muestra la alteración de la señal de
inicio consistente en el desplazamiento en frecuencia de las
portadoras de comunicación utilizando el procedimiento de
invención.
Figura 3.- Muestra un ejemplo del problema que
se intenta evitar: confundir una señal de inicio recibida desde
otra red con la señal de inicio de su propia red.
Figura 4.- Representa un ejemplo de realización
en el que la alteración de la señal de inicio consiste en la
modificación de la duración de las repeticiones de las seriales base
que forman dicha señal.
Figura 5.- Muestra un ejemplo de realización en
el que la alteración de la señal de inicio consiste en utilizar un
número diferente de repeticiones de las señales base que forman la
señal de inicio.
\vskip1.000000\baselineskip
Seguidamente se realiza la descripción de varios
ejemplos de realización de la invención, haciendo referencia a la
numeración adoptada en las figuras.
La figura 1 muestra un ejemplo típico en el que
el procedimiento de invención puede utilizarse para aumentar la
capacidad de transmisión cuando existen dos comunicaciones de
diferentes redes que utilizan el mismo canal. En este ejemplo se
representan dos redes maestro-esclavo
independientes; comprendiendo la primera red un equipo maestro (1) y
un equipo esclavo (2) y la segunda red un equipo maestro (4) y un
equipo esclavo (5). La proximidad entre ambas redes provoca que las
comunicaciones (3) que se realizan en la primera red y las
comunicaciones (6) de la segunda red puedan ser recibidas por la red
opuesta, aunque presumiblemente con menor potencia que las
enviadas por los equipos de la propia red de comunicación. Al
utilizar la misma tecnología de comunicación, los mensajes enviados
por la red contraria serán recibidos, demodulados y finalmente
descartados (por no pertenecer a equipos de la propia red) con todo
el coste que ello conlleva. Este problema puede darse bien en la
comunicación (7) entre los maestros, bien en la comunicación (8)
entre los esclavos e incluso en las comunicaciones cruzadas (9) y
(10) entre los maestros y esclavos de las redes contrarias.
En la figura 3 puede verse un ejemplo de lo que
ocurre cuando un equipo (14) recibe la señal de inicio de trama de
otro equipo de su propia red (15) y de otro equipo de otra red (16)
que utiliza una tecnología similar. Aunque la señal de inicio (17)
recibida de la otra red llegue con menos potencia que la señal de
inicio (18) de la propia red, si la señal (17) de la otra red es
anterior a la señal de inicio (18) de la propia red, el equipo se
sincronizará a la primera y abrirá una ventana de recepción (19),
con lo que perderá parte de la información (20) que le envíe el
equipo (15) de su propia red.
En general, la señal de inicio de tramas tiene
unas determinadas propiedades o parámetros que el receptor busca
en las señales recibidas a través del canal para poder recibir los
datos enviados. Estas propiedades pueden ser una o varias de las
siguientes: simetría de la señal, duración de cada repetición,
posición espectral, relación de fases/amplitudes entre portadoras,
o bien la duración total de la señal. Modificando de forma mínima
las propiedades de la señal de inicio de trama es posible evitar la
detección por receptores que busquen exactamente esa propiedad, de
forma que se conseguirían varios conjuntos de posibles transmisores
y receptores sintonizados que serían capaces de seguir con las
comunicaciones propias mientras confunden las comunicaciones del
resto de conjuntos con el ruido de fondo. Esto constituye la ventaja
principal del procedimiento de invención. Dado que las
comunicaciones del resto de sistemas pasan a formar parte del ruido
de fondo y esto puede suponer un incremento del mismo, las
prestaciones de cada sistema individual pueden verse reducidas, pero
al poder transmitir varios conjuntos simultáneamente, las
prestaciones agregadas de todos ellos pueden ser superiores.
\newpage
Aunque existen múltiples medios para conseguir
este efecto modificando las características de la señal de inicio,
en este ejemplo concreto de implementación se realiza un
desplazamiento en frecuencia entre las portadoras que conforman la
señal de inicio de las dos comunicaciones de forma que las
portadoras tengan una separación suficiente como para que el
receptor que no está sintonizado con la posición correcta de las
portadoras sea incapaz de obtener la información transmitida en las
portadoras desplazadas.
En la figura 2 puede observarse el
desplazamiento de portadoras entre los dos sistemas en este ejemplo
de realización. En este caso el desplazamiento es de ½ de la
distancia entre portadoras, aunque podrían utilizarse otras
fracciones de ese valor, como ¼ o ¾ con resultados similares. En
dicha figura se puede observar la situación en frecuencia de las
portadoras (11) de la primera red y de las portadoras (12) de la
segunda red. Asimismo en dicha figura se muestra el desplazamiento
en frecuencia (13) entre las portadoras (11) y (12) de ambas
redes.
Otro ejemplo de realización puede observarse en
la figura 4 en la que la alteración de la señal de inicio consiste
en un cambio de la duración de las repeticiones de la señal base
que forman la señal de inicio. En dicha figura 4 se representa la
duración (21) de cada repetición en la primera red, y la duración
(22) en la segunda red. Al recibir una señal de inicio, si la
duración (22) de cada repetición es diferente a la duración (21)
seleccionada en la propia red, el receptor ignorará dicha señal.
También puede utilizarse como alteración de la señal de inicio la
modificación del número de repeticiones de las señales base que
forman la señal de inicio. Este ejemplo de implementación puede
observarse en la figura 5, donde una red funciona con una señal de
inicio con siete repeticiones (23) y la otra red funciona con una
señal de inicio con tres repeticiones (24). Si el receptor no
escucha el número de repeticiones seleccionado en su red, ignora la
señal de inicio y espera hasta recibir una señal de inicio con el
número de repeticiones adecuado.
Claims (9)
1. Procedimiento de transmisión simultáneo en
tiempo y frecuencia de múltiples comunicaciones de datos mediante
modulaciones OFDM, en el que se realizan al mismo tiempo múltiples
comunicaciones de datos sobre un mismo canal y en el que se utiliza
una señal de inicio en la transmisión de la trama;
caracterizado porque comprende las siguientes etapas en
transmisión:
- generación de una señal de inicio con
parámetros físicos previamente establecidos para su comunicación
con el receptor, en el que al menos uno de los parámetros físicos
se ha alterado;
- transmisión de la señal de inicio; y
- transmisión de los datos;
\vskip1.000000\baselineskip
y comprende las siguientes etapas en
recepción:
- escucha del canal hasta la detección de la
señal de inicio con los parámetros físicos previamente establecidos
entre los que se encuentra al menos un parámetro físico alterado,
para su comunicación con el transmisor; y
- apertura de una ventana de recepción de datos
que siguen inmediatamente la señal de inicio detectada.
2. Procedimiento de transmisión simultáneo en
tiempo y frecuencia de múltiples comunicaciones de datos mediante
modulaciones OFDM, según la reivindicación 1, caracterizado
porque cada comunicación utiliza una señal de inicio con al menos un
parámetro físico constituyente distinto que las señales de inicio
del resto de comunicaciones.
3. Procedimiento de transmisión simultáneo en
tiempo y frecuencia de múltiples comunicaciones de datos mediante
modulaciones OFDM, según reivindicación 2, caracterizado
porque el parámetro físico constituyente que se altera es la
posición en frecuencia de las portadoras de la señal OFDM.
4. Procedimiento de transmisión simultáneo en
tiempo y frecuencia de múltiples comunicaciones de datos mediante
modulaciones OFDM, según reivindicación 2, caracterizado
porque el parámetro físico constituyente que se altera es la
posición en tiempo de la señal de inicio.
5. Procedimiento de transmisión simultáneo en
tiempo y frecuencia de múltiples comunicaciones de datos mediante
modulaciones OFDM, según reivindicación 2, caracterizado
porque el parámetro físico constituyente que se altera es la
simetría de la señal.
6. Procedimiento de transmisión simultáneo en
tiempo y frecuencia de múltiples comunicaciones de datos mediante
modulaciones OFDM, según reivindicación 2, donde además la señal de
inicio está constituida por la repetición de una señal base; se
caracteriza porque el parámetro físico constituyente que se
altera es la duración de la señal base que forma la señal de
inicio.
7. Procedimiento de transmisión simultáneo en
tiempo y frecuencia de múltiples comunicaciones de datos mediante
modulaciones OFDM, según reivindicación 2, caracterizado
porque el parámetro físico constituyente que se altera son las fases
y/o amplitudes de las portadoras de la señal de inicio.
8. Procedimiento de transmisión simultáneo en
tiempo y frecuencia de múltiples comunicaciones de datos mediante
modulaciones OFDM, según reivindicación 2, donde la señal de inicio
está constituida por la repetición de una señal base, se
caracteriza porque el parámetro físico constituyente que se
altera es el número de repeticiones de la señal base que forma la
señal de inicio.
9. Procedimiento de transmisión simultáneo en
tiempo y frecuencia de múltiples comunicaciones de datos mediante
modulaciones OFDM, según reivindicación 3, caracterizado
porque el desplazamiento en frecuencia es igual a una fracción de
la separación entre portadoras de la modulación OFDM.
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