ES2829031A1 - Procedimiento de analisis de la cobertura en espacios interiores para redes inalambricas - Google Patents

Abstract

Procedimiento de análisis de la cobertura en espacios interiores para redes inalámbricas que realiza una identificación de las direcciones estratégicas en las cuales se podría redireccionar el haz de un sistema de emisión de ondas o array de antenas para mitigar la ausencia de señal en zonas NLOS, maximizando así la cobertura en cualquier punto de una estancia cerrada, si los fenómenos de reflexión y difracción lo permiten, a partir del análisis y la identificación de los obstáculos y de los posibles recorridos a seguir por los individuos en sus desplazamientos en el interior de la estancia.

Description

DESCRIPCIÓN

PROCEDIMIENTO DE ANÁLISIS DE LA COBERTURA EN ESPACIOS

INTERIORES PARA REDES INALÁMBRICAS

SECTOR DE LA TÉCNICA

La presente invención se enmarca en el campo de las telecomunicaciones, más concretamente, en el campo de las comunicaciones inalámbricas tipo 5G, y más concretamente en los métodos y/o procedimientos utilizados para el cálculo de la cobertura de redes inalámbricas en los espacios interiores, aplicados preferentemente a redes 5G.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

Como es bien sabido, para crear una red inalámbrica en un espacio cerrado, es necesario que exista un sistema de emisión de ondas de radio, con el fin de garantizar una cobertura en el espacio en concreto donde se ha instalado el sistema de emisión. Con el objetivo que cualquier usuario dentro de ese espacio cerrado pueda disponer de los servicios que brinda dicha red inalámbrica.

Siguiendo el anterior razonamiento, podemos deducir que el objetivo de la emisión de ondas de radio en un espacio cerrado es ofrecer servicios inalámbricos a la mayor cantidad clientes posibles. Por lo cual es indispensable para este propósito garantizar la máxima cobertura con la misma fuente de emisión de ondas de radio.

Es importante considerar que la cobertura es inversamente proporcional a la frecuencia de operación de la fuente de emisión. Por lo tanto, es importante recalcar que unos de los objetivos de los sistemas de 5G para comunicaciones móviles es aumentar la frecuencia con el fin de aumentar el ancho de banda.

Por lo cual, bajo esta premisa, los futuros sistemas de 5G estarán afectados enormemente por problemas de cobertura que en muchos casos no pueden ser mitigados solamente con aumento de la potencia emisión tanto, porque esto podría ser potencialmente peligroso para la salud humana.

Adicionalmente a los problemas de la potencia de emisión, también hay otro problema importante que se debe considerar conforme se aumenta en frecuencia. Este problema es que según la frecuencia es más alta, mayor injerencia tendrá cualquier tipo de obstáculo en la cobertura. Debido a que cualquier obstáculo se vuelve eléctricamente más grande y por ende más difícil de atravesar y evitar su negativa influencia.

Por lo tanto, según el razonamiento anterior, en los futuros de sistemas móviles de 5G en bandas de frecuencias por encima de 6GHz, resulta indispensable determinar las posiciones de cualquier tipo obstáculo en el espacio cerrado, ya sea móvil o fijo. Con el objetivo que, en función de su ubicación y dimensiones, determinar los posibles efectos adversos sobre la cobertura, con el objetivo caracterizar en tiempo real el canal radio y mitigar su influencia con técnicas de apuntamiento de haz inteligente y proactivo.

Dentro del ámbito de los obstáculos, podemos encontrarlos de dos tipos diferentes, los obstáculos fijos, como el mobiliario presente en las estancias; y los obstáculos móviles, comprendidos por todos aquellos que comprenden o pueden comprender un eventual movimiento en los espacios interiores como lo pueden ser las personas. Por lo que la cobertura del espacio cerrado cambiara a lo largo del tiempo continuamente.

Así mismo, se impone relevante hacer referencia a dos fenómenos conocidos en el ámbito de la propagación de las ondas que se utilizaran a nuestro favor en este modelo proceso de la invención, como son el fenómeno de la reflexión y el fenómeno de la difracción,

Por un lado, la difracción se produce cuando la radiación incide en la arista de un obstáculo, por lo que desvía ligeramente la radiación incidente en la región de la sombra geométrica del obstáculo. Por lo que en la arista del obstáculo se puede considerar una fuente secundaria de radiación y por consiguiente aumentar la zona de cobertura en un punto ciego.

Por otro lado, la reflexión se refiere al cambio de dirección de la radiación incidente que se produce cuando ésta colisiona con la superficie de un obstáculo. La radiación resultante de la colisión se considera también como una fuente secundaria de radiación que se usara para ofrecer cobertura en zonas de sombra, producidas por cualquier obstáculo del espacio cerrado.

Unos de los obstáculos que mas se tienen en cuenta a lo largo de esta invención, es el cuerpo humano. Debido a que el cuerpo humano es el obstáculo móvil que mayor injerencia tiene sobre la cobertura y sobre la conexión entre la fuente de emisión y el terminal móvil. Por lo cual resulta indispensable monitorizar todas las personas del entorno cerrado con el fin de evaluar su influencia en tiempo real.

Todos los fenómenos comentados anteriormente, aunque ya conocidos ampliamente y pertenecientes al estado de la técnica, solo describen brevemente cual es el mayor reto técnico que trae consigo ofrecer un servicio inalámbrico en frecuencias superiores a 6GHz. En donde el reto técnico es evitar los desvanecimientos ocasionados por los obstáculos anteriormente citados, que inciden directamente en la cobertura en espacios cerrados y por ende en la percepción de calidad del servicio que se le ofrece al cliente de un terminal móvil.

EXPLICACIÓN DE LA INVENCIÓN

El procedimiento de análisis de la cobertura en espacios interiores para redes inalámbricas que la invención propone se configura, pues, como destacable novedad dentro de su campo de aplicación, ya que a tenor de su implementación y de manera taxativa se alcanzan satisfactoriamente los objetivos señalados, estando los detalles caracterizadores que lo hacen posible y que los distinguen convenientemente recogidos en las reivindicaciones finales que acompañan a la presente descripción.

La presente invención plantea un procedimiento que mejora la cobertura en espacios interiores con el objetivo de servir como un sistema auxiliar, que se utilice como apoyo para los actuales sistemas de apuntamiento del haz basados solo en radiofrecuencia, que son usados en los sistemas de radiación en bandas superiores a 6GHz. Esta invención tiene la intención de evitar una atenuación excesiva en los espacios interiores, y lograr con ello una mejor experiencia a nivel usuario, principalmente para los sistemas de ondas por encima de los 6GHz en las redes 5G.

Para ello, la invención está basada en un sistema propietario de reconocimiento del entorno interior, en combinación con técnicas de inteligencia artificial, y algoritmos propietarios. Se identifica todos los obstáculos fijos y móviles del entorno, que potencialmente obstruirán la radiación e influirán sobre la cobertura del espacio cerrado.

El objetivo de este reconocimiento del entorno es proponer estrategias de apuntamiento de haz sobre un sistema de radiación, para que haciendo uso del comportamiento intrínseco de las ondas cuando inciden sobre cualquier obstáculo como lo son la reflexión y difracción.

El sistema propuesto en esta invención decidirá en tiempo real el apuntamiento de haz optimo, con el cual el cliente cuando pase por una zona de sombra no perciba el deterioro de la calidad del servicio. Esto se logra debido a que previamente el sistema ya sabe dónde redirigir el haz, haciendo uso de los fenómenos físicos de la propagación de las ondas, para mitigar el efecto de sombra de cualquier obstáculo del entorno.

Para ello, la invención partirá de una cámara de visión 3D con tecnología LIDAR (Light Detection and Ranging o Laser Imaging Detection and Ranging, Detección y rango de imágenes láser según su traducción),, o cámara 3D, utilizada para capturar imágenes en tres dimensiones, a partir de una visión binocular. Que será colocada en un punto estratégico de la estancia, en donde esta posición coincidirá con el sistema de radiación (Array de antenas).

A partir de esta cámara, se recogerán datos en tiempo real del espacio cerrado, que serán trasladadas a una malla tridimensional de elementos finitos, que tendrá como objetivo delimitar los límites de la estancia en función del campo de visión de la cámara y el límite angular de operación del sistema de radiación.

Adicionalmente estos datos servirán para determinar y delimitar las posiciones y dimensiones de los obstáculos no móviles como estanterías del dentro de la estancia.

En donde el mallado resultante es equivalente a un escaneo general en tres dimensiones de la estancia donde se ha instalado el sistema. Y tendrá el propósito de identificar las zonas de libre paso dentro de la estancia, con el fin de identificar cuales son las posibles trayectorias que puede recorrer un obstáculo móvil, que en el caso de esta invención son las personas, que como se ha dicho anteriormente es el obstáculo mas nocivo para la propagación de ondas por encima de 6GHz.

A partir de este análisis, un algoritmo de inteligencia artificial identificará las posiciones de las personas en la estancia, y en función de su movimiento relativo dentro de la estancia se calculará las posibles trayectorias que puede tomar cada individuo.

Una vez el algoritmo disponga de cada trayectoria que puede tomar cada individuo, el sistema propondrá según estrategias de trazado de rayos, cual es el apuntamiento optimo que debería hacer uso el sistema de radio (array de antenas), para mitigar los efectos de sombra generados por los obstáculos de la estancia, teniendo en cuenta los efectos físicos de reflexión y/o difracción.

De esta forma, quedan determinados los obstáculos fijos y/o móviles, las posibles trayectorias seguidas por las personas en sus desplazamientos por la estancia, y las zonas de recepción directa y/o indirecta de las ondas; así como la identificación de todos los puntos ciegos, o zonas NLOS (None Line of Sight, Sin Línea de Visión según su traducción), a los que las ondas no llegan ni de manera directa, ni de manera indirecta a partir de la difracción y/o la refracción. También las posibles direcciones en las que se debe redirigir el haz, para evitar los puntos ciegos del la estancia en funciones de todos los obstáculos del entorno.

El procedimiento de análisis de la cobertura en espacios interiores para redes inalámbricas y el conjunto de elementos descritos representan una innovación de características estructurales y constitutivas desconocidas hasta ahora, razones que, unidas a su utilidad práctica, le dotan de fundamento suficiente para obtener el privilegio de exclusividad que se solicita.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS

Para complementar la descripción que se está realizando y con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las características de la invención, se acompaña como parte integrante de dicha descripción, un juego de dibujos en donde con carácter ilustrativo y no limitativo, se ha representado lo siguiente:

Figura 1.- Diagrama de bloques del procedimiento objeto de la presente invención. Figura 2.- Primer ejemplo de aplicación del procedimiento.

Figura 3.- Segundo ejemplo de aplicación del procedimiento.

REALIZACIÓN PREFERENTE DE LA INVENCIÓN

En la siguiente descripción detallada de las realizaciones preferentes, se hace referencia a los dibujos adjuntos que forman parte de esta memoria, y en los que se muestran a modo de ilustración realizaciones preferentes específicas en las que la invención puede llevarse a cabo. Estas realizaciones se describen con el suficiente detalle como para permitir que los expertos en la técnica lleven a cabo la invención, y se entiende que pueden utilizarse otras realizaciones y que pueden realizarse cambios lógicos estructurales, mecánicos, eléctricos y/o químicos sin apartarse del alcance de la invención. Para evitar detalles no necesarios para permitir a los expertos en la técnica llevar a cabo la descripción detallada no debe, por tanto, tomarse en un sentido limitativo.

Concretamente, la presente invención plantea un Procedimiento de análisis de la cobertura en espacios interiores para redes inalámbricas que parte de la utilización de una cámara de visión 3D con tecnología LIDAR, ubicada en un punto estratégico de una estancia cerrada en la que pueden existir obstáculos fijos y/o obstáculos móviles. Preferentemente la misma ubicación de la cámara 3D será la misma posición del sistema de radiación o array de antenas.

Adicionalmente el procedimiento objeto de la presente invención está caracterizado porque comprende al menos las siguientes etapas:

Creación de una malla de elementos finitos preferiblemente hexagonales que cubra todo el escenario, y que estará delimitada por los propios límites de visibilidad de la cámara o FOV (Field of view, campo de visión según traducción)

Se suprimen todos aquellos elementos que queden fuera del campo de visión (FOV) de la cámara, ya que no serán objeto de análisis por no considerarse información.

Se realiza un barrido angular con el algoritmo propietario de mallado, con el fin de reconocer todos aquellos obstáculos fijos presentes en la estancia, identificando qué elementos del barrido se pueden considerar obstáculos o no.

Una vez se han clasificado los obstáculos fijos de la estancia, el algoritmo calculara los limites geométricos en los cuales pude determinar donde posiblemente empezara o acabara la trayectoria de un obstáculo móvil, en función del campo de visión de la cámara.

Según la anterior premisa, y en funciones de los límites del trayecto, el algoritmo de inteligencia artificial propietario identificara las trayectorias optimas entre dos puntos de entrada y salida del campo de visión de la cámara dentro de la estancia. Esta trayectoria propuesta por el algoritmo será la que posiblemente tome el obstáculo móvil debido a que será la ruta mas corta entre dos puntos de la estancia.

Seguidamente, y en función de la trayectoria propuesta, el algoritmo identificara las zonas de sombra (NLOS) a lo largo de cada trayectoria, con el fin de analizar en detalle aquellas zonas propensas a tener una cobertura deficiente debido a los obstáculos de la estancia.

Una vez identificadas las zonas de sombra a lo largo de cada trayectoria, el algoritmo simulara los fenómenos físicos de difracción y reflexión que puede incidir positivamente sobre aquellas zonas de sombra (NLOS). Para hacer uso de este análisis el algoritmo hace uso de un sistema de trazado de rayos propietario diseñado específicamente para este tipo aplicaciones.

Finalmente, en función de los fenómenos físicos de difracción y reflexión que pueden brindar cobertura en zona NLOS. El algoritmo propondrá un conjunto de posiciones en las cuales el sistema de radiación debería redirigirse con el fin de mitigar los problemas de cobertura antes de que ocurran, actuando de forma proactiva. Porque el sistema dispondrá de la información de donde y cuando podría pasar el obstáculo y como evitar su injerencia redireccionando el haz con anterioridad.

De esta forma, se configura un procedimiento que, a partir de las imágenes recogidas por una cámara de visión 3D, se realiza un análisis a partir de un mallado de elementos finitos, que identifica los obstáculos fijos/móviles y los posibles recorridos a seguir por los individuos en sus desplazamientos en el interior de la estancia, para identificar en qué segmentos de los recorridos se producen desvanecimientos de señal en la red inalámbrica para comunicaciones móviles.

Cabe destacar que el procedimiento anterior deberá ser llevado a cabo en una etapa inicial, sin la presencia de individuos, ya que, en caso contrario, podrían confundirse con obstáculos fijos, y provocar inexactitudes o errores en el análisis realizado y, por tanto, en la estrategia planteada, ya que se tendrían en cuenta factores que no existirían posteriormente.

En una realización preferente, el procedimiento está caracterizado porque la cámara de visión 3D estará colocada en el mismo punto en el que se colocará y/o está colocado el sistema de radiación (array de antenas).

Por lo que, en un paso inicial sin presencia de seres humanos, la cámara deberá ser colocada en el punto exacto donde va a estar colocado el sistema de radiación, de manera que el cálculo y el planteamiento de la estrategia, se basen en dicha posición, que será la idónea para lograr un resultado óptimo.

En otra realización preferente, la malla de elementos finitos estará compuesta por elementos tipo hexágono, porque es la forma geométrica mas adecuada para realizar cubrir cualquier área, sin perder demasiada información de la orientación de las superficies de los obstáculos de la estancia.

De manera preferente, el procedimiento comprenderá un algoritmo que estará configurado para identificar, a lo largo de la estancia mallada, todas las posibles rutas que puede tomar un individuo dentro de la estancia previamente mapeada con el mallado.

Por otro lado, el algoritmo tiene en cuenta los fenómenos físicos de reflexión y difracción para proponer caminos alternativos de apuntamiento del haz para ofrecer cobertura en zonas de NLOS.

De esta forma, se configura un procedimiento cuya aplicación industrial se antoja evidente a partir de la descripción realizada, ya que plantea una estrategia que evita la caída de la intensidad abrupta de una señal para sistemas inalámbricos especialmente para ondas milimétricas, logrando maximizar la cobertura en cualquier punto de una estancia cualquiera de una forma anticipada.

Descrita suficientemente la naturaleza de la presente invención, así como la manera de ponerla en práctica, no se considera necesario hacer más extensa su explicación para que cualquier experto en la materia comprenda su alcance y las ventajas que de ella se derivan, haciéndose constar que, dentro de su esencialidad, podrá ser llevada a la práctica en otras formas de realización que difieran en detalle de la indicada a título de ejemplo, y a las cuales alcanzará igualmente la protección que se recaba siempre que no se altere, cambie o modifique su principio fundamental.

Claims (6)

REIVINDICACIONES

1. Procedimiento de análisis de la cobertura en espacios interiores para redes inalámbricas caracterizado porque comprende la utilización de medios de captación de imágenes 3D, y porque comprende al menos los siguientes pasos:

o Creación de una malla de elementos finitos que cubra todo es escenario, y delimitada por los límites del campo visión de los medios de captación de imágenes 3D;

o Supresión de los elementos finitos fuera de los límites del campo de visión de los medios de captación de imágenes 3D;

o Barrido angular del mallado para el mapeo de obstáculos en estancias; o Identificación de los elementos que se corresponden con los obstáculos estáticos de la estancia;

o Análisis de los límites de la estancia en función campo de visión de la cámara 3D, con el fin de identificar las posiciones en la cuales puede empezar y/o acabar un trayecto a lo largo de la estancia.

o Análisis y/o búsqueda del recorrido óptimo entre las posiciones de comienzo y fin de cada una de las trayectorias identificadas;

o Análisis y/o búsqueda de las zonas de líneas sin visión directa (NLOS) o zonas de sombra a lo largo de cada recorrido, en función de los obstáculos de la estancia;

o Cálculo de las reflexiones y/o difracciones necesarias para mantener y/o aumentar la cobertura en aquellas secciones del recorrido donde hay bajos niveles de señal debido a los obstáculos de la estancia identificadas según el paso anterior;

o Identificación de direcciones en la cuales el sistema de radiación tiene que redirigir del haz de forma proactiva, para evitar los desvanecimientos del recorrido.

2. Procedimiento de análisis de la cobertura en espacios interiores para redes inalámbricas según la primera reivindicación caracterizado porque los medios de captación de imágenes 3D se colocan en el punto en el que se instalará la fuente principal de emisión ondas de radio.

3. Procedimiento de análisis de la cobertura en espacios interiores para redes inalámbricas según la primera reivindicación caracterizado porque la malla de elementos finitos está compuesta por elementos tipo hexágono.

4. Procedimiento de análisis de la cobertura en espacios interiores para redes inalámbricas según la primera reivindicación caracterizado porque la malla de elementos finitos tiene una forma rectangular o sustancialmente rectangular.

5. Procedimiento de análisis de la cobertura en espacios interiores para redes inalámbricas según la primera reivindicación caracterizado porque comprende un algoritmo que está configurado para identificar a lo largo de la estancia mallada todas las posibles rutas que puede tomar un individuo dentro de la estancia previamente mapeada con el mallado.

6. Procedimiento de análisis de la cobertura en espacios interiores para redes inalámbricas según la primera reivindicación caracterizado porque comprende un algoritmo que tiene en cuenta los fenómenos físicos de reflexión y difracción para proponer caminos alternativos de apuntamiento del haz para ofrecer cobertura en zonas de NLOS.