ES2332559A1 - Metodo y dispositivo fotonico de control celular para transmisores/receptores de banda ultra-ancha (uwb). - Google Patents
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Abstract
Método y sistema fotónico de control celular para transmisores/receptores de banda ultra-ancha (UWB). Una organización celular y método de control de dispositivos trasmisores/receptores en banda ultra ancha (UWB) que tiene como objetivo la mejora de la ocupación espacial (número de transmisores/receptores operando por unidad de superficie) y de la eficiencia espectral (número de transmisores/receptores operando en un cierto margen de frecuencias) en un área determinada. El método de control se basa en la configuración de los parámetros óptimos -potencia de transmisión, ancho de banda entre otros- para cada transmisor/receptor UWB presente en cada celda. Esta configuración es calculada a partir de la monitorización de los parámetros espectral es de los transmisores/receptores UWB operando en el área bajo control mediante una serie de sensores UWB. En su implementación preferida, pero no única, puede realizarse la interconexión de estos sensores mediante tecnología fotónica.
Description
Método y sistema fotónico de control celular
para transmisores/receptores de banda ultra-ancha
(UWB).
La presente invención se refiere a una
organización y método de control de sistemas
transmisores/receptores utilizando transmisión de banda ultra ancha
(sistemas conocidos en la literatura anglosajona como Ultra
Wide-Band -Banda Ultra-Ancha- o
por su acrónimo generalizado "UWB"), operando en un
área geográfica determinada, mediante su agrupación celular y
gestión coordinada. El método de control está basado en la
monitorización de los parámetros espectrales de los dispositivos en
operación en un área bajo control. Esta monitorización permite así
mismo la evaluación del nivel de radiación electromagnética
generado por el conjunto de celdas UWB gestionadas a fin de
garantizar que no se superan los límites establecidos en la
normativa al efecto.
La presente invención comprende tres aspectos
fundamentales: En primer lugar, la organización de los
transmisiones/receptores UWB en un conjunto de celdas (celdas UWB),
como sistema de transmisión complementario o substitutivo de otros
sistemas celulares como GSM (según la nomenclatura anglosajona
Global System for Mobile communications), UMTS (según la
nomenclatura anglosajona Universal Mobile Telephone System) ó
equivalentes. En segundo lugar, un método de control conjunto para
los dispositivos UWB que permite la itinerancia entre dichas celdas
UWB. En tercer lugar, la monitorización espectral de las señales
UWB presentes en el entorno radioeléctrico mediante los pasos) de
identificación de transmisores y de análisis espectral de la señal
generada por esos trans-
misores.
misores.
No se conoce ningún sistema o técnica que
describa un una organización celular de transmisores/receptores UWB
a fin de optimizar su funcionamiento en conjunto. Sí se conocen,
sin embargo, varios dispositivos y métodos que utilizan señales UWB
en distintas aplicaciones, pero estos sistemas y las técnicas
asociadas resultan deficientes en cuanto a la eficiencia de la
comunicación y son mejorables mediante el objeto de esta
invención.
La solicitud de patente pub. no. US2007093237
describe un mecanismo de localización de dispositivos celulares,
que puede utilizar la tecnología UWB entre otras, a fin de
transmitir información. Esta patente describe así una aplicación de
localización que puede ser aplicada en la tecnología UWB pero que
no utiliza ningún control ni organización celular, lo cual implica
una ineficiencia en la comunicación.
La solicitud de patente pub. no. EP1747616
describe un dispositivo celular en tecnología GSM o UMTS en la que
el funcionamiento principal reside en esta red de manera que cuando
el nivel de señal GSM ó UMTS es bajo -el sistema se encuentra en una
zona sin cobertura- se produce la conmutación de la comunicación a
la tecnología UWB. De este modo la conectividad UWB se utiliza como
un mecanismo de salvaguarda, teniendo en cuenta la posible
interferencia de la señal 2G/3G, pero sin incluir funcionalidades
celulares, lo cual conlleva así mismo la misma limitación en cuanto
a eficiencia que la solicitud descrita en el apartado anterior.
La solicitud de patente pub. no. WO2005050413
describe la transmisión de señales de audio/vídeo o imagen fija
desde un dispositivo (terminal) UWB hacia otro dispositivo de
visualización, como puede ser un televisor, proyector, etc. Esta
funcionalidad no soporta el funcionamiento celular ya que solo se
describe un escenario de comunicación punto a punto, lo cual
también presenta las mismas limitaciones en la eficiencia de la
comunicación.
Por otra parte, la solicitud de patente pub. no.
WO03084259 describe un sistema de comunicación UWB destinado a
monitorizar la localización de personas, en particular niños,
mediante un dispositivo de muñeca. Al igual que en el caso
anterior, esta patente describe una simple aplicación de la
combinación de la tecnología UWB junto con la tecnología satélite
GPS (Global Positioning System) y que no recoge su
configuración celular y así mismo las mismas limitaciones en la
eficiencia de la comunicación.
Por otra parte, la solicitud de patente pub. no.
GB2399475 describe un mecanismo que facilita el uso concurrente de
tecnologías celulares convencionales 2G/3G minimizando las
interferencias entre ambas. Esta aplicación, así mismo, no recoge
la posibilidad de configuración celular, por lo que presenta las
mismas limitaciones en la eficiencia de la comunicación que las
patentes descritas en los párrafos anteriores.
Se ha considerado que sería conveniente
establecer un método y dispositivo que soluciona, al menos en parte,
algunos de los problemas o inconvenientes que presentan los
sistemas conocidos.
La presente invención consiste en un método y
sistema capaz mejorar la eficiencia espacial (definida como el
número de transmisores/receptores UWB en operación simultánea por
unidad de superficie) y espectral (definida como el número de
transmisores/receptores UWB en operación simultánea en un mismo
rango de frecuencias) en un área determinada. Este método es
denominado "control celular de dispositivos UWB".
La señal transmitida por los dispositivos UWB
presenta características diferenciales respecto a otros sistemas de
comunicaciones inalámbricas: El ancho de banda de la señal UWB es
igual o mayor a 500 MHz, o su ancho de banda fraccional es mayor
del 25% según la descripción recogida en la "FCC First Report and
Order" de 14 de Febrero del 2002.
La optimización espacial y espectral se consigue
mediante el ajuste de distintos parámetros de cada
transmisor/receptor UWB dentro del área controlada. Estos
parámetros pueden ser la potencia radiada, el margen de frecuencias
de operación, el canal o canales asignados (alternativamente, puede
asignarse la frecuencia central de operación) entre otros.
El método de control propuesto está basado, sin
pérdida de generalidad, en monitorizar el espectro radio eléctrico
de los trasmisores UWB en operación en el área bajo control, el
cálculo de los parámetros óptimos para cada uno de ellos y su
posterior configuración. La configuración puede realizarse, sin
pérdida de generalidad, mediante una comunicación inalámbrica
utilizando cualquier protocolo que se considere conveniente.
De una manera particular, la monitorización
espectral puede ser realizada mediante la utilización de
convertidores analógico digital basados en tecnología fotónica.
Estos convertidores presentan la ventaja de poder capturar todo el
espectro de la señal UWB de una manera simultánea, es decir,
evitando etapas de filtrado, barrido y conversión a frecuencia
intermedia.
En resumen, el método descrito comprende una
organización celular de un conjunto de sistemas
transmisores/receptores UWB área determinada y el control de sus
parámetros de operación. El control se basa en la monitorización
del espectro radiado por cada transmisor UWB, lo cual permite la
evaluación del nivel conjunto de radiación electromagnética generado
por la agrupación de celdas UWB a fin de garantizar que no se
superan los límites establecidos en la normativa. Esto presenta
notables ventajas de eficiencia en la comunicación.
La presente invención tiene su aplicación dentro
dé la provisión eficiente de servicios de comunicación inalámbricos
mediante tecnología UWB.
Estas y otras características y ventajas de la
invención, se pondrán más claramente de manifiesto a partir de la
descripción detallada que sigue de una forma preferida de
realización, dada únicamente a título de ejemplo ilustrativo y no
limitativo, con referencia a los dibujos que se acompañan, en los
que:
La Figura 1 muestra el ámbito de aplicación del
método y sistema de control celular UWB. En esta figura se muestran
distintos transmisores/receptores UWB operando dentro del área de
cobertura de un nodo de control.
La Figura 2 muestra un ejemplo de implementación
del control celular en el que un nodo transmisor central (4) envía
información de control a los transmisores/receptores UWB operando
dentro de su área de cobertura. Esta información puede incluir la
asignación de canal y/o potencia transmitida, entre otros
parámetros.
La Figura 3 muestra un ejemplo de implementación
del nodo central de control. Este nodo realiza la monitorización
espectral de la señal UWB mediante el análisis del espectro
radioeléctrico monitorizado mediante una serie de sensores UWB
ubicados en su área de cobertura.
Para llevar a cabo la descripción detallada que
sigue a la realización preferida de la presente invención, se hará
referencia permanente a las Figuras de los dibujos, a través de las
cuales se han utilizado las mismas referencias numéricas para las
partes iguales o similares. Así, haciendo referencia, en primer
lugar, a la Figura 1, el esquema muestra el ámbito de aplicación
del método y sistema de control celular de transmisores/receptores
UWB. En este esquema se muestran distintos transmisores/receptores
UWB (1), o bien solo receptores UWB (2). Estos dispositivos están
operando dentro de un área compuesta por la unión de la cobertura
individual de un número de celdas (3A)(3B)(3C)en las que se
establecen comunicaciones UWB. Cada celda puede constar de un nodo
de control (4A)(4B)(4C) que facilita la comunicación entre los
transmisores/receptores UWB. Cada transmisor UWB tiene asignados
unos parámetros operativos (5) que pueden incluir la potencia de
transmisión, el canal a utilizar, entre otras características y que
pueden ser asignados por el nodo de control mediante una
comunicación inalámbrica. Los trasmisores/receptores UWB pueden
moverse entre distintas áreas de cobertura realizando lo que se
conoce como itinerancia (6). En este caso, cada vez que el terminal
UWB se desplaza, por ejemplo desde (3A) a (3B), se produce una nueva
asignación de parámetros de operación.
La Figura 2 muestra un ejemplo de implementación
de sistema de control celular UWB para una sola celda. En esta
figura puede verse que el sistema comprende un nodo de control (4A)
que controla una zona de cobertura de celdas (3A). El control basa
información del contenido espectral y quizás temporal del entorno
radio-eléctrico (análisis
tiempo-frecuencia). La información espectral es
obtenida mediante una serie de sensores UWB (7). Estos sensores
capturan el espectro de la señal UWB y asignan la frecuencia de
operación y/o potencia transmitida, entre otros parámetros, a cada
transmisor UWB dentro del área de cobertura a fin de optimizar la
densidad espacial, la ocupación espectral y se garantiza la
compatibilidad con otros sistemas de transmisión inalámbrica que
operen dentro de la banda de frecuencias de la señal UWB. La
información de control es transmitida a los dispositivos UWB
mediante el nodo de control (4A). Esta información incluye los
parámetros operativos para cada dispositivo UWB, que puede incluir
el canal a utilizar, el nivel de potencia o el tipo de modulación,
entre otros.
La Figura 3 muestra un ejemplo de implementación
del nodo central de control en tecnología fotónica. Este nodo
realiza la monitorización espectral de la señal UWB mediante una
serie de sensores UWB. Esta figura muestra, sin pérdida de
generalidad, una implementación particular basada en un convertidor
analógico-digital complementado por conexión en
fibra óptica de los distintos sensores con un nodo central donde
las señales UWB son digitalizadas a fin de realizar un análisis en
el rango de frecuencias completo de las señales UWB.
Una posible solución para el análisis espectral
y temporal simultáneo de las señales UWB presentes en una cierta
zona de cobertura, sin perjuicio de otras, es la implementación de
ejemplo mostrada en la Figura 3. Esta implementación se compone de
una fuente láser tipo supercontinuum (8). Esta fuente láser
genera pulsos ópticos estrechos en el tiempo pero con componentes
espectrales en un ancho de banda que puede llegar a cientos de
nanómetros. Los pulsos ópticos generados por la fuente láser
supercontinuum pueden ser filtrados en frecuencia (9) a fin
de crear una serie de canales por división en frecuencia, que es
llevado a cada sensor UWB (7) mediante un tramo de fibra. En cada
sensor la señal de radio-frecuencia UWB es modulada
sobre cada canal óptico y transmitida en fibra (11) a un nodo
central para el control celular. Cada sensor (7) comprende un
modulador electro-óptico (12) que modula la señal UWB de
radio-frecuencia, posiblemente amplificada,
capturada por una antena (13) sobre el canal óptico
correspondiente. La señal UWB modulada es transmitida por la fibra
hasta un fotodetector (14) donde es fotodetectado, digitalizado
(15) y procesado (16) a fin de evaluar el contenido espectral
conjunto de la señal capturada por los sensores (7).
En base al contenido espectral de las señales
UWB en la organización celular son calculados los parámetros
operativos óptimos para cada transmisor UWB a fin de optimizar las
capacidades de comunicación y evitando la generación de niveles de
señal que superen la normativa aplicable en tecnología UWB. Estos
parámetros son transmitidos a los dispositivos UWB mediante una
señal o señales de radiofrecuencia (17).
No se considera necesario hacer más extenso el
contenido de esta descripción para que un experto en la materia
pueda comprender su alcance y las ventajas derivadas de la
invención, así como desarrollar y llevar a la práctica el objeto de
la misma.
No obstante, debe entenderse que la invención ha
sido descrita según una realización preferida de la misma, por lo
que puede ser susceptible de modificaciones sin que ello suponga
alteración alguna de su fundamento, definido en las reivindicaciones
anexas.
Claims (7)
1. Sistema fotónico de control celular para
transmisores/receptores de banda ultra-ancha, UWB,
caracterizado porque comprende:
- \bullet
- un nodo transmisor central (4), que evalúa los parámetros de funcionamiento;
- \bullet
- una serie de sensores (7);
- \bullet
- un transmisor de banda ultra-ancha (1), UWB; y
- \bullet
- un receptor de banda ultra-ancha (2), UWB.
2. Sistema fotónico de control celular para
transmisores/receptores de banda ultra-ancha, UWB,
según la reivindicación 1, caracterizado porque
adicionalmente comprende:
- \bullet
- una serie de fotodetectores (14);
- \bullet
- una fuente óptica, que genera una serie de canales ópticos, uno por sensor UWB;
- \bullet
- una serie de fibras ópticas que llevan la señal presente en dichos canales a cada uno de los sensores del sistema a fin de modular la señal UWB sobre el canal óptico;
- \bullet
- una serie de fibras ópticas que llevan la señal óptica con la señal UWB modulada sobre ellos hasta la serie de fotodetectores que fotodetectan la señal;
- \bullet
- una serie de convertidores analógico/digital que digitalizan la señal modulada recibida por las fibras ópticas antes mencionadas.
3. Sistema fotónico de control celular para
transmisores/receptores de banda ultra-ancha, UWB,
según la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque la serie
de sensores comprende un modulador electro-óptico (12) y una
antena (13).
4. Sistema fotónico de control celular para
transmisores/receptores de banda ultra-ancha, UWB,
según la reivindicación 1, caracterizado porque los
parámetros operativos están comprendidos por el conjunto formado
por potencia de transmisión, canal de operación, ancho de banda y
tipo de modulación.
5. Sistema fotónico de control celular para
transmisores/receptores de banda ultra-ancha, UWB,
según la reivindicación 2, caracterizado porque la fuente
óptica es tipo laser supercontinuum (8).
6. Método fotónico de control celular para
transmisores/receptores de banda ultra-ancha, UWB,
de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque
comprende:
- \bullet
- identificar unos dispositivos UWB presentes en una zona de cobertura de celdas (3A) mediante un análisis de las señales capturadas por la serie de sensores;
- \bullet
- monitorizar el espectro de unas señales UWB transmitidas en al menos una celda mediante la serie de sensores;
- \bullet
- calcular los parámetros de operación que maximizan la densidad espectral;
- \bullet
- transmitir los parámetros de operación previamente calculados a los transmisor de banda ultra-ancha (1), UWB;
7. Método fotónico de control celular para
transmisores/receptores de banda ultra-ancha, UWB,
según la reivindicación 6, caracterizado porque
adicionalmente comprende una asignación de los parámetros operativos
en cada área que atraviesa cuando el transmisor/receptor de banda
ultra-ancha, UWB, cambia de una zona de cobertura de
celdas (3A) a otra.
Priority Applications (4)
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