ES2930411T3 - Procedimiento y sistema de corrección de frecuencia en redes LPWAN - Google Patents

Procedimiento y sistema de corrección de frecuencia en redes LPWAN Download PDF

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Abstract

Se da a conocer un método de corrección de frecuencia durante la transmisión de datos en una red de área amplia de baja potencia (LPWAN). El método es ejecutable por un dispositivo informático acoplado a la LPWAN. El método comprende: determinar una frecuencia real del mensaje recibido como un punto medio de una sección de espectro dada, en base a que la sección de espectro dada cumple una condición de: el mensaje se recibió con éxito en la sección de espectro dada, la métrica de calidad de la señal ha un valor máximo en la sección de espectro dada en comparación con todas las demás secciones de espectro donde también se recibió ese mensaje; calcular una frecuencia esperada de la señal de radio en base a los datos contenidos en el mensaje; determinar un error de frecuencia de la señal de radio recibida como una diferencia entre la frecuencia real y la frecuencia esperada de la señal; (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN
Procedimiento y sistema de corrección de frecuencia en redes LPWAN
SECTOR TÉCNICO
Esta solución técnica se refiere, en general, al sector de equipos informáticos y, en particular, a procedimientos y sistemas para corrección de frecuencia durante transmisión de datos en LPWAN.
ESTADO DE LA TÉCNICA ANTERIOR
Actualmente, cuando se utilizan señales de radio de banda estrecha en redes del tipo de red de área extensa de baja potencia (LPWAN, low-power wide-area network), con el ancho de banda de señal de 500 Hz y menor, una imprecisión en la generación de la frecuencia portadora por los sintetizadores de frecuencia puede tener como resultado la aparición de problemas asociados con la desalineación de las frecuencias del transmisor y el receptor. Para señales de radio de banda estrecha transmitidas desde un dispositivo de abonado al concentrador, este problema se puede resolver haciendo que el concentrador procese una banda amplia de frecuencia que es, a prior, mayor que cualquier desalineación de las frecuencias del transmisor del dispositivo de abonado y el receptor del concentrador. En el sentido inverso, del concentrador al dispositivo de abonado, las señales de radio se reciben utilizando, como norma general, transceptores disponibles comercialmente que procesan una banda de señal estrecha que corresponde a la banda de la señal esperada, sin tener en cuenta ninguna posible discrepancia entre las frecuencias del receptor y el transmisor. En este caso, la frecuencia portadora de la señal en la señal de radio se debería corresponder exactamente con la banda de paso de los filtros de recepción de entrada del dispositivo de abonado para la recepción satisfactoria de la señal de radio. Por ejemplo, para señales con una banda de 200 Hz, la precisión de alineación deberá ser del orden de varias decenas de Hz.
™ ™
Existen estándares LPWAN conocidos, tales como los estándares LoRa y SigFox . Los dispositivos que funcionan según el estándar LoRa™ utilizan señales con una extensión del espectro. Un inconveniente de esta solución es una eficiencia espectral reducida de la red de datos. Para transmitir mensajes de concentradores a dispositivos de abonado, SigFox™ utiliza señales con un ancho de banda suficiente para no necesitar la aplicación de esta invención. Un inconveniente de esta solución es una reducción comparativa del alcance de la distancia de comunicación durante la transmisión del concentrador a los dispositivos de abonado. Por lo tanto, los sistemas existentes no utilizan modulación de banda estrecha para la transmisión de datos de enlace descendente.
La Patente US9,252,998 B2, titulada "Radio to detect and compensate for frequency misalignment" (titular de la patente: Itron Inc, fecha de publicación: 02/02/2016), da a conocer un receptor de radio que contiene un subsistema de radio frecuencia (RF); un subsistema digital para obtener una entrada desde el subsistema de RF; un medio para estimar el error de frecuencia para las muestras obtenidas del subsistema digital y para estimar el desplazamiento de la frecuencia de la señal recibida a partir de múltiples señales recibidas, en cuyo caso la herramienta para estimar el error de frecuencia mide la desviación de la frecuencia en función de la longitud del preámbulo de paquete, y múltiples señales recibidas se asocian con múltiples bandas de canal; así como un transmisor para transmitir datos a la frecuencia que se basa, por lo menos parcialmente, en el desplazamiento de frecuencia estimado. La Patente CN 105337916 se refiere a un procedimiento, un aparato y un sistema de recepción para compensación de desviación de frecuencia de la onda portadora. Esta referencia explica solamente la transmisión de datos en un sentido y la compensación de frecuencia en el lado del concentrador, no dándose a conocer la transmisión inversa de datos, del concentrador al abonado. La referencia tampoco explica la compensación de errores internos de ajuste de la frecuencia portadora en el lado del concentrador. La Patente WO 2018/126204 A1 es la solicitud anterior del solicitante. Esta describe un procedimiento para la confirmación conjunta de muchos mensajes en redes de área extensa de baja potencia (LPWAN), donde se lleva a cabo la transmisión de datos mediante señales de banda estrecha en una banda ancha, y existe una desviación de portadora entre los dispositivos de abonado y del concentrador. Esta referencia tampoco aborda el problema del cálculo de métricas de calidad de señal.
CARACTERÍSTICAS
Esta solución técnica se dirige a la eliminación de los inconvenientes inherentes a las soluciones conocidas en la técnica anterior.
De acuerdo con un primer aspecto general de la presente tecnología, se da a conocer un procedimiento de corrección de frecuencia durante la transmisión de datos en una red de área extensa de baja potencia (LPWAN), incluyendo la LPWAN un concentrador que comprende una antena y un dispositivo informático. El procedimiento comprende recibir de la antena, mediante el concentrador, una señal de radio que lleva un mensaje de un dispositivo de abonado; procesar, mediante el dispositivo informático, la señal de radio, incluyendo el procesamiento: dividir todo el ancho de banda del concentrador en secciones del espectro que tienen una anchura correspondiente al ancho de banda del mensaje; recibir, mediante el dispositivo informático, mensajes en, por lo menos, parte de las secciones del espectro; identificar, mediante el dispositivo informático, una serie de secciones del espectro en las que el mensaje se ha recibido; generar, mediante el dispositivo informático, una métrica de calidad de la señal para cada mensaje recibido en cada sección del espectro donde el mensaje se recibió; determinar, mediante el dispositivo informático, una frecuencia real del mensaje recibido como un punto medio de una determinada sección del espectro, en base a que la determinada sección del espectro cumple la condición de que: el mensaje se recibió satisfactoriamente en la determinada sección del espectro, la métrica de calidad de la señal tiene un valor máximo en la determinada sección del espectro, en comparación con todas las otras secciones del espectro en las que también se recibió el mensaje; calcular, mediante el dispositivo informático, una frecuencia esperada de la señal de radio en base a los datos contenidos en el mensaje; determinar, mediante el dispositivo informático, un error de frecuencia de la señal de radio recibida, como la diferencia entre la frecuencia real y la frecuencia esperada de la señal; generar, mediante el dispositivo informático, una frecuencia de envío del mensaje en base al error de frecuencia de la señal de radio recibida.
El procedimiento comprende, además: ejecutar una corrección del error de frecuencia del concentrador mediante: transmitir, mediante un transmisor del concentrador, por lo menos un mensaje adicional a una frecuencia conocida por el concentrador y disponible para su recepción por el concentrador; generar un error de frecuencia del concentrador como la diferencia entre la frecuencia real y la frecuencia esperada de, por lo menos, un mensaje adicional; y donde la generación de la frecuencia de envío del mensaje se basa, además, en el error de frecuencia de la señal de radio recibida y el error de frecuencia del concentrador.
En algunas implementaciones del procedimiento, las secciones del espectro se solapan.
En algunas implementaciones del procedimiento, la recepción, mediante el dispositivo informático, de mensajes en, por lo menos, algunas secciones del espectro comprende recibir mensajes independientemente en las, por lo menos, algunas secciones del espectro.
En algunas implementaciones del procedimiento, la generación, mediante el dispositivo informático, de la métrica de calidad de la señal para un mensaje recibido determinado en cada sección del espectro donde se ha recibido el mensaje, comprende: descodificar el mensaje recibido determinado; utilizar la totalidad del mensaje recibido determinado descodificado, para generar la métrica de calidad de la señal.
En algunas implementaciones del procedimiento, la métrica de calidad de la señal se basa, además, en, por lo menos, una de: (i) la potencia de señal promedio y (ii) la relación señal/ruido promedio.
En algunas implementaciones del procedimiento, calcular, mediante el dispositivo informático, la frecuencia esperada de la señal de radio se basa, además, en un contador de mensajes transmitidos contenido en el mensaje, donde el contador de mensajes transmitidos está identificado en una tabla.
En algunas implementaciones del procedimiento, un dispositivo de transmisión del concentrador está situado dentro del concentrador.
En algunas implementaciones del procedimiento, el dispositivo de transmisión del concentrador está realizado como uno de: un circuito integrado y un conjunto de componentes separados.
De acuerdo con otro aspecto general de la presente tecnología, se da a conocer un sistema de corrección de frecuencia durante la transmisión de datos en una LPWAN. El sistema comprende: una antena del dispositivo de recepción configurada para dirigir una señal recibida desde un dispositivo de transmisión a un concentrador; estando configurado el concentrador para recibir la señal de radio procedente de la antena del dispositivo de recepción; un dispositivo informático del concentrador, estando configurado el dispositivo informático para: recibir, mediante el concentrador, desde la antena del dispositivo de recepción, una señal de radio que lleva un mensaje; procesar, mediante el dispositivo informático, la señal de radio, incluyendo el procesamiento: dividir todo el ancho de banda del concentrador en secciones del espectro que tienen anchuras correspondientes al ancho de banda del mensaje; recibir, mediante el dispositivo informático, mensajes en, por lo menos, parte de las secciones del espectro; identificar, mediante el dispositivo informático, una serie de secciones del espectro en las que se recibió el mensaje; generar, mediante el dispositivo informático, una métrica de calidad de la señal para cada mensaje recibido en cada sección del espectro donde se recibió el mensaje; determinar, mediante el dispositivo informático, una frecuencia del mensaje recibido como un punto medio de una determinada sección del espectro, en base a que la determinada sección del espectro cumple la condición de que: el mensaje se recibió satisfactoriamente en la determinada sección del espectro, la métrica de calidad de la señal tiene un valor máximo en la determinada sección del espectro, en comparación con todas las demás secciones del espectro donde se recibió asimismo el mensaje; calcular, mediante el dispositivo informático, una frecuencia esperada de la señal de radio en base a datos contenidos en el mensaje; determinar, mediante el dispositivo informático, un error de frecuencia de la señal de radio recibida, como la diferencia entre las frecuencias determinada y esperada de la señal; generar, mediante el dispositivo informático, una frecuencia de envío del mensaje en base al error de frecuencia de la señal de radio recibida.
En algunas implementaciones del sistema, un dispositivo de transmisión del concentrador está situado dentro del concentrador.
En algunas implementaciones del sistema, un dispositivo de transmisión del concentrador se implementa como uno de: (i) un circuito integrado y (ii) un conjunto de componentes separados.
En algunas implementaciones del sistema, el concentrador comprende, además, un dispositivo de recepción y un dispositivo de transmisión.
Las realizaciones no limitativas de la presente tecnología están dirigidas a procedimientos y sistemas que se pueden utilizar en la construcción de tecnologías de comunicación LPWAN NB-Fi. Los productos que utilizan esta solución técnica se pueden fabricar para el mercado de internet de las cosas (IOT, Internet of Things).
Las realizaciones no limitativas de la presente tecnología han sido desarrolladas en base a la comprensión de los inventores de, por lo menos, uno de los problemas asociados con las soluciones de la técnica anterior. Sin desear limitarse a una teoría específica, la técnica anterior no parece explicar cómo evaluar técnicamente un error de frecuencia, ni muestra cómo un error de frecuencia en el dispositivo de recepción se relaciona con la compensación requerida en la transmisión.
Las realizaciones no limitativas de la presente tecnología están dirigidas a un algoritmo de compensación para la inestabilidad de las frecuencias de los generadores maestros del dispositivo de abonado y el concentrador. Las realizaciones no limitativas de la presente tecnología se pueden utilizar para asegurar un nivel de desalineación de frecuencias portadoras suficientemente bajo durante la transmisión de mensajes del concentrador a los dispositivos de abonado.
La tarea técnica o el problema técnico resuelto en esta solución técnica es determinar el valor de la corrección necesaria de la frecuencia portadora de un mensaje durante la transmisión desde el concentrador a los dispositivos de abonado.
El resultado técnico obtenido al resolver la tarea técnica mencionada anteriormente, por lo menos en algunas realizaciones no limitativas de la presente tecnología, es mejorar la precisión de la evaluación del error de frecuencia en el concentrador utilizando el procedimiento en que el error de frecuencia se evalúa después de recibir el mensaje, y corrigiendo los errores así como compensando interferencias y realizando la transmisión del concentrador a los dispositivos de abonado a una frecuencia actualizada. Esto permite, por lo menos en algunas realizaciones no limitativas de la presente tecnología, utilizar señales de banda estrecha durante la transmisión del concentrador a los dispositivos de abonado.
Adicionalmente, al menos en algunas realizaciones no limitativas de la presente tecnología, se mejora la resistencia a la interferencia de la transmisión de datos del concentrador a los dispositivos de abonado, se aumenta el alcance de distancia y se mejora la eficiencia espectral debido a una transmisión de datos a menor velocidad con una banda de señal más estrecha, así como debido a una alineación más precisa de la banda del dispositivo de transmisión con la banda del receptor en el dispositivo de abonado.
Por lo menos en algunas realizaciones no limitativas de la presente tecnología, se mejora asimismo la estabilidad de la evaluación de la frecuencia frente a interferencias que parecen espectralmente similares a la señal esperada desde el dispositivo de abonado.
Esta solución técnica permite asimismo, por lo menos en algunas realizaciones no limitativas de la presente tecnología, implementar por separado el transmisor y el receptor del concentrador, utilizando relojes de referencia y sintetizadores de frecuencia de RF separados y, en algunas versiones, diferentes. Esto permite dividir el diseño del concentrador en varias partes, o dividir unidades dentro de una parte según su propósito funcional, así como llevar a cabo la recepción y transmisión a frecuencias variables.
Al menos en algunas realizaciones no limitativas de la presente tecnología, el resultado técnico se consigue implementando el procedimiento de evaluación del error de frecuencia tras la recepción, recalculando ese error con el ajuste necesario para la transmisión y transmitiendo los datos con el ajuste.
Al menos en algunas realizaciones no limitativas de la presente tecnología, el resultado técnico, en su conjunto, se consigue implementando el procedimiento de corrección de frecuencia durante la transmisión de datos en redes LPWAN, incluyendo el procedimiento las etapas de:
• una señal de radio es recibida desde la antena por el concentrador;
• la señal de radio recibida es, a continuación, procesada por el dispositivo informático del concentrador, en cuyo caso todo el ancho de banda del concentrador se divide en secciones correspondientes a la banda del mensaje por su anchura (secciones del espectro);
• a continuación, se reciben mensajes utilizando el dispositivo informático del concentrador en cada sección asignada en la etapa anterior;
• después de esto, los números de las secciones del espectro en las que se recibió el mensaje se memorizan para cada mensaje recibido en la etapa anterior;
• a continuación, se generan métricas de calidad de la señal utilizando el dispositivo informático del concentrador, para cada mensaje recibido en cada sección del espectro donde se recibió el mensaje;
• la frecuencia del mensaje recibido se determina como el punto medio de la sección del espectro donde se cumplen las siguientes condiciones: el mensaje se recibió satisfactoriamente en dicha sección, y la métrica de calidad de la señal adopta el valor máximo en esa sección en comparación con todas las secciones donde se recibió asimismo el mensaje;
• a continuación, la frecuencia esperada de la señal de radio se calcula en base a los datos contenidos en el mensaje;
• el error de frecuencia de la señal de radio recibida se determina como la diferencia entre las frecuencias determinada y esperada de la señal;
• la frecuencia de envío del mensaje se genera en base al error de la frecuencia de la señal de radio recibida, determinado anteriormente.
En la implementación de la solución técnica, el error de frecuencia del concentrador se corrige adicionalmente, como sigue:
• por lo menos un mensaje se transmite utilizando el transmisor del concentrador a la frecuencia conocida por el concentrador y disponible para la recepción por el concentrador;
• la frecuencia de dicho mensaje se determina de manera similar al procedimiento descrito anteriormente, dividiendo la banda del concentrador en secciones del espectro y comparando la métrica de calidad de la señal para las secciones en las que se recibe el mensaje;
• el error de frecuencia del concentrador se determina como la diferencia entre la frecuencia de señal determinada en la etapa anterior y la frecuencia esperada de la señal que se envía desde la parte de transmisión del concentrador y se recibe en su receptor;
• la frecuencia de envío del mensaje se genera en base al error de frecuencia del mensaje recibido y al error de frecuencia del concentrador determinados anteriormente.
En algunas versiones de implementación de la solución técnica, cuando el ancho de banda se divide en secciones, dichas secciones se solapan.
En algunas versiones de implementación de la solución técnica, el concentrador recibe mensajes en cada sección de manera independiente entre sí.
En algunas versiones de implementación de la solución técnica, el mensaje integro después de la descodificación es utilizado para generar una métrica de calidad de la señal.
En algunas versiones de implementación de la solución técnica, la potencia de señal promedio y/o la relación señal/ruido promedio es la métrica de calidad de la señal.
En algunas versiones de implementación de la solución técnica, el cálculo de la frecuencia esperada se relaciona con el contador de mensajes transmitidos que está contenido en el mensaje, utilizando una tabla.
En algunas versiones de implementación de la solución técnica, el transmisor del concentrador está situado dentro del concentrador.
En algunas versiones de implementación de la solución técnica, el transmisor del concentrador es un dispositivo separado.
En algunas versiones de implementación de la solución técnica, el transmisor del concentrador está fabricado como un microcircuito integrado, o montado con componentes independientes.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS
La construcción y las ventajas de las realizaciones no limitativas de la presente solución técnica quedarán claras a partir de la descripción detallada proporcionada a continuación y con los dibujos adjuntos, en los que:
La figura 1 representa un diagrama de flujo de una realización no limitativa de un procedimiento de corrección de frecuencia durante la transmisión de datos en redes LPWAN.
La figura 2 representa una realización no limitativa de un sistema para corrección de frecuencia durante la transmisión de datos en redes LPWAN.
La figura 3 representa una realización no limitativa de un dispositivo informático que divide todo el ancho de banda en secciones correspondientes a la banda del mensaje por su anchura.
DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LAS REALIZACIONES NO LIMITATIVAS
Las realizaciones no limitativas de la presente solución técnica se pueden implementar como un componente de un sistema informático distribuido (esté o no centralizado), pudiendo los componentes del sistema informático distribuido estar basados en la nube o ser servidores locales, instrumentos de medición, enrutadores, etc., de forma no limitativa.
De acuerdo con las realizaciones no limitativas de la presente tecnología, el término “sistema” puede incluir uno o varios de: un sistema informático o un sistema automatizado (AS, automated system), un ordenador, un sistema de control numérico, un PLC (programmable logical controller, controlador lógico programable), un sistema de control informatizado y cualesquiera otros dispositivos que puedan ejecutar una secuencia preestablecida, claramente definida, de operaciones informáticas (acciones, instrucciones).
De acuerdo con las realizaciones no limitativas de la presente tecnología, el término “mensaje” incluye un bloque de datos de diez bytes o más, cuyo formato es conocido tanto por el dispositivo de abonado como por un concentrador, y cuyo contenido permite que el mensaje sea detectado y recibido por el receptor (sea el dispositivo de abonado o el concentrador).
El mensaje contiene una secuencia predeterminada de bits denominada “preámbulo”, que se utiliza para la búsqueda inicial del mensaje en la señal de entrada, y los propios datos del mensaje. En algunas realizaciones no limitativas de la presente tecnología, el mensaje contiene asimismo información de servicio adicional, por ejemplo un contador de mensajes transmitidos, o similar. En algunas realizaciones no limitativas de la presente tecnología, el mensaje puede incluir, además, una suma de verificación, un código de redundancia cíclica u otro conjunto de datos adicionales. Este tipo de información adicional se puede utilizar para controlar la corrección de la recepción del mensaje. En algunas realizaciones no limitativas de la presente tecnología, el mensaje puede contener asimismo un encabezado adicional de corrección de errores hacia delante.
En algunas realizaciones no limitativas de la presente tecnología, el término “concentrador” significa un dispositivo de infraestructura de red, que está configurado para servir a un grupo de dispositivos de abonado. En algunas realizaciones no limitativas de la presente tecnología, el concentrador comprende, además, un receptor, un transmisor, un dispositivo informático y, en algunas realizaciones no limitativas de la presente tecnología, otros dispositivos (por ejemplo, antenas, sistema de fuentes de alimentación, etc.).
En algunas realizaciones no limitativas de la presente tecnología, el dispositivo informático se refiere a un dispositivo configurado para realizar cálculos en base a un programa preinstalado. Como ejemplo, el dispositivo informático puede ser un ordenador personal o un ordenador especializado, tal como un sistema en chip, una matriz de puertas programable en campo, etc.
En algunas realizaciones no limitativas de la presente tecnología, un dispositivo de abonado es una estación de radio que intercambia datos con el concentrador.
En algunas realizaciones no limitativas de la presente tecnología, un receptor (en ocasiones denominado un dispositivo receptor) es un dispositivo diseñado (en combinación con la antena) para recibir señales de radio o emisiones de radio naturales, y transformarlas en la forma que permite utilizar la información contenida en las mismas.
En algunas realizaciones no limitativas de la presente tecnología, un transmisor (en ocasiones, denominado asimismo un transmisor de radio o un dispositivo de transmisión de radio) es un dispositivo electrónico para la generación de una señal de radiofrecuencia a emitir. El dispositivo de transmisión está configurado para generar (por sí mismo) corriente alterna de radiofrecuencia, que es suministrada a través del alimentador a la antena de transmisión que, a su vez, emite ondas de radio.
En algunas realizaciones no limitativas de la presente tecnología, se transmiten mensajes en ambos sentidos a frecuencias que pueden determinarse sin ambigüedad por los datos contenidos en el paquete del mensaje en el caso en que la frecuencia de transmisión es seleccionada por el dispositivo de transmisión, o a frecuencias conocidas previamente por el transmisor y el receptor. Por lo menos en algunas realizaciones no limitativas de la presente tecnología, los mensajes transmitidos tienen un contador de mensajes transmitidos, que está asociado, en forma de tabla, con la frecuencia.
Las frecuencias de transmisión de mensajes son determinadas por el dispositivo de abonado 210. Esto se puede deber al hecho de que el concentrador 220 está configurado para recibir mensajes en toda la banda utilizada por el sistema de comunicación, y el procedimiento particular de determinación de la frecuencia no es importante para la recepción en el concentrador 220 y su posterior procesamiento. Por otra parte, el dispositivo de abonado 210 está configurado para recibir mensajes solamente a una frecuencia preseleccionada. La arquitectura del sistema para corrección de frecuencia durante la transmisión de datos en redes LPWAN se muestra en detalle en la figura 2. Tal como se representa en la figura 1, el procedimiento según las realizaciones no limitativas de la presente tecnología se basa en la premisa de que existe la capacidad de medir la frecuencia de las señales recibidas en la entrada del concentrador.
Etapa 110: una señal de radio es recibida desde la antena por el concentrador.
En la etapa 110, un receptor 230 de un concentrador 220 recibe desde la antena, por lo menos, una señal de radio que lleva un mensaje, y la frecuencia de dicha señal recibida se determina como sigue.
Etapa 120: la señal de radio recibida se procesa utilizando el dispositivo informático del concentrador, en cuyo caso todo el ancho de banda del concentrador se divide en secciones correspondientes a la banda del mensaje por su anchura.
En la etapa 120, un dispositivo informático 240 del concentrador 220 procesa la banda de frecuencia en la que se pueden transmitir mensajes. El dispositivo informático 240 del concentrador 220 divide toda la banda en secciones correspondientes a la banda del mensaje por su anchura, tal como se muestra en la figura 3. El procedimiento de localizar las secciones unas en relación con otras no se limita particularmente. En algunas realizaciones no limitativas de la presente tecnología, las secciones se pueden solapar.
Por ejemplo, de acuerdo con, por lo menos, algunas realizaciones no limitativas de la presente tecnología, la banda total analizada en la recepción puede ser de 50000 Hz, en cuyo caso las secciones de ancho de banda pueden ser de 100 Hz con un incremento de 25 Hz. Es decir, 0-100 Hz, 25-125 Hz, etc. En este ejemplo particular, se puede ver que las bandas se solapan, pero esto no tiene por qué ser así en cada realización no limitativa de la presente tecnología.
Etapa 130: se reciben mensajes utilizando el dispositivo informático del concentrador en cada sección asignada en la etapa 120.
Después de que se complete este preprocesamiento, en la etapa 120, el concentrador 220 recibe mensajes en cada sección del ancho de banda del concentrador 220. En algunas realizaciones no limitativas de la presente tecnología, la recepción en la etapa 130 se puede ejecutar independientemente.
Etapa 140: los números de las secciones del espectro donde el mensaje se recibió son almacenados para cada mensaje recibido en la memoria del dispositivo informático.
En la etapa 140, un mensaje se puede recibir en varias secciones de banda de entrada que están incluso fuera de la banda de la señal de radio que lleva el mensaje, debido a distorsiones en el canal de radio y a la imperfección del propio receptor. Tan sólo a modo de ejemplo, esta situación puede ocurrir debido a la existencia de distorsiones por intermodulación o debido a tolerancias resultantes de la utilización de procedimientos informáticos simplificados y de cálculos de punto fijo.
Por ejemplo, un mensaje con una banda de 100 Hz puede ser recibido en varias secciones solapadas vecinas, de la banda de entrada. Por ejemplo, en las secciones 100-200 Hz, 110-210 Hz, 120-220 Hz. Se puede ver que estas secciones se solapan y, si el mensaje se transmite en la sección de 110-210 Hz, este puede ser recibido asimismo en las secciones solapadas, dependiendo de los algoritmos de recepción utilizados. Si la potencia es suficiente, el mensaje puede asimismo recibirse en otras secciones del espectro, por ejemplo, debido a distorsiones en el caso de sobrecarga del trayecto de entrada del dispositivo de recepción.
Etapa 150: se genera una métrica de calidad de la señal utilizando el dispositivo informático del concentrador para cada mensaje recibido en cada sección del espectro en la que se recibió el mensaje. El concentrador 220 genera una métrica de calidad de la señal para cada mensaje recibido, de acuerdo con una regla preseleccionada. Puede utilizarse todo el mensaje, y no solamente caracteres piloto, para generar la métrica debido a que se conoce el mensaje en su conjunto después de la recepción satisfactoria.
En realizaciones no limitativas de la presente tecnología, la potencia de señal promedio o la relación señal/ruido promedio se pueden utilizar como métrica de calidad de la señal. Como un ejemplo, la relación señal/ruido puede estar dentro de 0 a 30 dB. Para estas métricas, el mejor valor será el valor máximo.
Etapa 160: la frecuencia del mensaje recibido se determina como el punto medio de la sección del espectro. Después de que se generen las métricas, el dispositivo informático 240 del concentrador 220 selecciona, como parte de la etapa 160, el punto medio de la sección del espectro en la que el mensaje fue recibido satisfactoriamente, y la métrica asociada obtiene el mejor valor como la frecuencia del mensaje.
La sección del espectro seleccionada se realiza, por ejemplo, en base a que se cumplan las siguientes condiciones: ° el mensaje fue recibido satisfactoriamente en dicha sección,
° la métrica de calidad de la señal adopta el valor máximo en dicha sección, en comparación con todas las secciones en las que el mensaje fue asimismo recibido.
Por ejemplo, un mensaje puede ser recibido en el canal de 200-300 Hz, en cuyo caso la estimación de la relación señal/ruido para la señal recibida puede ser de 10 dB. Como otro ejemplo, un mensaje puede ser recibido en el canal de 225-325 Hz, en cuyo caso la estimación de la relación señal/ruido puede ser de 15 dB. En ese caso, se seleccionará el canal de 225-325 Hz y la frecuencia de 275 Hz es decir, el punto medio del canal se considerará como la frecuencia de recepción determinada.
En, por lo menos, algunas realizaciones no limitativas de la presente tecnología, los procedimientos de la presente tecnología se pueden resumir como sigue:
• uso de todo el mensaje, que ha pasado procesamiento y descodificación, para evaluar la métrica;
• consideración de solamente aquellas secciones del espectro en las que el mensaje se ha recibido satisfactoriamente, y no de aquellas en las que puede haber una fuerte interferencia.
Etapa 170: la frecuencia esperada del mensaje recibido se calcula en base a los datos contenidos en el mensaje.
En algunas realizaciones no limitativas de la presente tecnología, la frecuencia esperada del mensaje es fija (es decir, predeterminada) para todos los mensajes procedentes de un determinado dispositivo de abonado 210, y conocida por adelantado. En otras realizaciones no limitativas de la presente tecnología, la frecuencia esperada del mensaje se determina de acuerdo con una tabla, en base al contador de mensajes transmitidos, que se transmite en el propio mensaje. En otras realizaciones no limitativas de la presente tecnología, la frecuencia del mensaje se determina de acuerdo con una fórmula conocida previamente por el concentrador 220 y el dispositivo de abonado 210, o de acuerdo con la tabla, dependiendo de los datos transmitidos en el mensaje, por ejemplo, utilizando el cálculo de la suma de verificación del mensaje y comparando uno de los bytes de la suma de verificación y la frecuencia, de acuerdo con una tabla conocida previamente.
Etapa 180: el error de frecuencia de la señal de radio recibida se determina como la diferencia entre las frecuencias determinada y esperada de la señal.
Como parte de la etapa 180, el concentrador 220 determina un error entre la frecuencia de la señal, que se ha determinado en el concentrador 220, y la frecuencia de la señal esperada (que se calcula en base al paquete del mensaje) de acuerdo con la siguiente fórmula.
^ f u l rx .fexp ul f r r til-
Fórm ula 1
donde Afu_x es la diferencia entre la frecuencia esperada del mensaje del dispositivo de abonado 210 y la frecuencia a la que se recibió el mensaje, fexp_ul es la frecuencia esperada del mensaje y fra_ul es la frecuencia del mensaje recibido por el concentrador 220, determinada como se ha descrito anteriormente.
La composición de este error incluye tanto la desviación del transmisor del dispositivo de abonado 210 como el error de medida de la frecuencia por el concentrador 220.
Donde Afuser es la desviación absoluta de la frecuencia del dispositivo de abonado y Afbs_rx es la desviación absoluta de la frecuencia del receptor 230 del concentrador 220.
Se estima asimismo el error del generador del transmisor 250 del concentrador 220 en relación con su receptor 230. En este caso, el transmisor 250 puede estar situado en otro dispositivo, dentro del concentrador 220 o remotamente con respecto al concentrador 220. La estimación de dicho error permite compensar adicionalmente el error del sintetizador de frecuencia del receptor del concentrador en relación con el sintetizador de frecuencia del transmisor del concentrador. En particular, permite utilizar diferentes generadores para el receptor 230 del concentrador y el transmisor 250 del concentrador.
El transmisor 250 del concentrador 220 se puede implementar como un circuito integrado o como componentes ensamblados. Por ejemplo, el transmisor 250 puede ser un transceptor AX5043 en realizaciones específicas no limitativas de la presente tecnología. Se debe observar que como dispositivo de transmisión se puede utilizar cualquier otro dispositivo alternativo que esté configurado para enviar mensajes a ciertos intervalos (cada 5 minutos, de forma no limitativa), y que esté configurado para enviar paquetes a una frecuencia fija fexp_tx. La frecuencia de los mensajes diseñados para estimar el error del sintetizador de frecuencia del transmisor 250 del concentrador 220 en relación con su receptor 230, que es conocida previamente por el concentrador 220, está dentro del intervalo de frecuencias en el que transmite datos el dispositivo de abonado 210. Por ejemplo, en Rusia se pueden utilizar intervalos de frecuencia de 864-865 MHz o 868,7-869,2 MHz. Estos paquetes son recibidos por la parte de recepción 230 del mismo concentrador 220 y se calcula el segundo error de frecuencia de acuerdo con la siguiente fórmula:
Figure imgf000009_0001
Fórm ula 2
donde Aftx_rx es la diferencia entre la frecuencia esperada del mensaje enviado por el dispositivo de transmisión del concentrador 220 y la frecuencia determinada a la que se recibe el mensaje, fexp_tx es la frecuencia conocida del mensaje enviado por el dispositivo de transmisión del concentrador 220 y fra_tx es la frecuencia del mensaje recibido por el concentrador 220 y enviado por la parte de transmisión 250 del mismo concentrador 220, que se determina de la manera descrita anteriormente.
El cálculo de este ajuste permite que se utilice posteriormente para compensar la discrepancia en las frecuencias entre el receptor y el transmisor del concentrador.
La composición de este error incluye tanto la tolerancia del transmisor del concentrador 220 como el error de medición de la frecuencia por el concentrador 220:
j/t\ iw — Afu ~ Afs _rx, Fórmula 3
donde Aftx es la desviación absoluta de la frecuencia de la parte de transmisión 250 del concentrador, y Afbs_rx es la desviación absoluta de la frecuencia de la parte de recepción 230 del concentrador.
Etapa 190: la frecuencia de envío del mensaje se genera en base al error de frecuencia de la señal de radio recibida, determinado anteriormente.
La frecuencia de envío del mensaje se determina según la siguiente fórmula:
Figure imgf000009_0002
Cuando se envía el mensaje, el dispositivo de transmisión añade a esa frecuencia su propio error que, tal como se ha visto anteriormente, se compensará añadiendo el ajuste calculado utilizando los dos errores de ajuste de frecuencia estimados.
La frecuencia así calculada corresponde exactamente a la frecuencia real a la que está ajustado el dispositivo de recepción del dispositivo de abonado 210, teniendo en cuenta su desviación.
Siempre que las frecuencias de transmisión del dispositivo de abonado 210 al concentrador 220, y de vuelta, sean iguales, es decir:
Figure imgf000010_0001
la fórmula de la frecuencia de envío del mensaje se puede escribir como fexp_tx = fexp_dl d f r f
El dispositivo de abonado 210 recibe el mensaje transmitido debido a que su frecuencia se corresponde con la esperada.
En una de las realizaciones no limitativas de la presente tecnología, los dispositivos de recepción y los dispositivos de transmisión de radiofrecuencia pueden estar fabricados, por lo menos, en un chip semiconductor. Dichos microcircuitos cumplen diversas funciones privadas de conversiones de radiofrecuencia de la señal: amplificación, atenuación, modificación de la frecuencia central, etc.
En otras realizaciones no limitativas de la presente tecnología, cada receptor de radiofrecuencia puede estar fabricado en un circuito integrado semiconductor, pudiendo asimismo cada dispositivo de transmisión de radiofrecuencia estar fabricado en un chip integrado semiconductor. En este caso, se utilizan circuitos integrados con un mayor grado de integración, de manera que todas las funciones necesarias del dispositivo de recepción y de transmisión son desempeñadas por un solo circuito integrado (excepto para simples elementos externos necesarios y el reloj de referencia).
Los componentes de la realizaciones no limitativas de la presente tecnología se pueden implementar utilizando componentes electrónicos usados para crear circuitos digitales integrados, como es evidente para un experto en la materia, y no se describen expresamente debido a que esta implementación es básica y utilizable de manera general en muchas soluciones técnicas. Para implementar las unidades se pueden utilizar microcircuitos cuya lógica de funcionamiento se define en la fabricación o cuya lógica de funcionamiento se ajusta mediante programación. Se utilizan programadores y entornos de depuración para programar, permitiendo ajustar la estructura deseada del dispositivo digital como un circuito eléctrico principal o un programa en lenguajes especiales de descripción de hardware: Verilog, VHDL, AHDL y otros.
Algunas partes de la descripción de las realizaciones no limitativas de la presente tecnología se presentan como algoritmos y como presentación simbólica de operaciones con bits de datos en la memoria de la solución técnica. Dichas descripciones y presentaciones de los algoritmos son medios utilizados por los expertos de procesamiento de datos para transportar la esencia de la solución técnica a otros expertos en este área con la mayor eficiencia posible. En este documento y en general, un algoritmo es una secuencia de operaciones de cálculo que conducen al resultado requerido. Las operaciones requieren manipulaciones físicas de valores físicos. De manera habitual, aunque no obligatoria, estos valores adoptan la forma de señales eléctricas o magnéticas que pueden ser almacenadas, transmitidas, combinadas, comparadas y manipuladas de otro modo.
Sin embargo, se debe mantener en mente que estos términos deben estar vinculados a respectivos valores físicos y que son solamente nombres cómodos aplicables a dichos valores. Salvo que se indique lo contrario de manera específica e inequívoca en las reivindicaciones, se debe considerar que en todo el texto, los términos tales como “determinación”, “computación”, “cálculo”, “recepción”, “ajuste”, “modificación”, etc., se refieren a acciones y procesos de un dispositivo informático, por ejemplo, un sistema en chip, o un dispositivo informático electrónico similar que manipule datos y convierta datos presentados como valores físicos (por ejemplo, electrónicos) en los registros y la memoria del dispositivo informático en otros datos presentados de manera similar como valores físicos en la memoria o los registros del dispositivo informático, u otros dispositivos similares de almacenamiento, transmisión o visualización de datos.
Las realizaciones no limitativas de la presente tecnología pueden ser otras, en otras formas particulares, dentro de las estructuras, procedimientos u otras características materiales de las realizaciones no limitativas de la presente tecnología, de acuerdo con la descripción de detalles proporcionada en este documento y siguiendo las reivindicaciones de las realizaciones no limitativas de la presente tecnología. Las realizaciones no limitativas de la presente tecnología descritas deben considerarse a todos los efectos solamente ilustrativas y no limitativas. Por lo tanto, el alcance de la protección legal de las realizaciones no limitativas de la presente tecnología se determina en los párrafos independientes de las reivindicaciones adjuntas de la invención, y no en la descripción anterior.

Claims (12)

REIVINDICACIONES
1. Procedimiento de corrección de frecuencia durante la transmisión de datos en una red de área extensa de baja potencia, LPWAN, incluyendo la LPWAN un concentrador que comprende una antena y un dispositivo informático, comprendiendo el procedimiento:
• recibir (110) mediante el concentrador, desde la antena, una señal de radio que lleva un mensaje de un dispositivo de abonado;
• procesar (120), mediante el dispositivo informático, la señal de radio, incluyendo el procesamiento:
• dividir el ancho de banda íntegro del concentrador en secciones del espectro que tienen una anchura correspondiente al ancho de banda del mensaje;
• recibir (130), mediante el dispositivo informático, mensajes en, por lo menos, algunas de las secciones del espectro;
• identificar, mediante el dispositivo informático, una serie de secciones del espectro en las que se recibió el mensaje;
• generar (150), mediante el dispositivo informático, una métrica de calidad de la señal para cada mensaje recibido en cada sección del espectro en la que se recibió el mensaje;
• determinar (160), mediante el dispositivo informático, una frecuencia real del mensaje recibido como un punto medio de una determinada sección del espectro, en base a que la determinada sección del espectro cumple la condición de que:
° el mensaje se recibió satisfactoriamente en la determinada sección del espectro,
° la métrica de calidad de la señal tiene un valor máximo en la determinada sección del espectro, en comparación con todas las demás secciones del espectro en las que también se recibió el mensaje;
• calcular (170), mediante el dispositivo informático, una frecuencia esperada de la señal de radio en base a datos contenidos en el mensaje;
• determinar (180), mediante el dispositivo informático, un error de frecuencia de la señal de radio recibida, como la diferencia entre la frecuencia real y la frecuencia esperada de la señal;
• ejecutar una corrección del error de frecuencia del concentrador, mediante:
• transmitir, mediante un transmisor del concentrador, por lo menos, un mensaje adicional a una frecuencia conocida por el concentrador y disponible para su recepción por el concentrador;
• generar un error de frecuencia del concentrador, como la diferencia entre la frecuencia real y la frecuencia esperada de, por lo menos, un mensaje adicional;
• generar (190), mediante el dispositivo informático, una frecuencia de envío del mensaje en base al error de frecuencia de la señal de radio recibida y al error de frecuencia del concentrador.
2. Procedimiento, según la reivindicación 1, en el que las secciones del espectro se solapan.
3. Procedimiento, según la reivindicación 1, en el que recibir, mediante el dispositivo informático, mensajes en, por lo menos, algunas secciones del espectro comprende recibir mensajes independientemente en las, por lo menos, algunas secciones del espectro.
4. Procedimiento, según la reivindicación 1, en el que generar, mediante el dispositivo informático, la métrica de calidad de la señal para un determinado mensaje recibido en cada sección del espectro donde el mensaje se recibió, comprende:
descodificar el determinado mensaje recibido;
utilizando la totalidad del determinado mensaje recibido descodificado, generar la métrica de calidad de la señal.
5. Procedimiento, según la reivindicación 1, en el que la métrica de calidad de la señal se basa, además, en, por lo menos, una de: (i) la potencia de señal promedio y (ii) la relación señal/ruido promedio.
6. Procedimiento, según la reivindicación 1, en el que calcular, mediante el dispositivo informático, la frecuencia esperada de la señal de radio se basa, además, en un contador de mensajes transmitidos contenido en el mensaje, donde el contador de mensajes transmitidos está identificado en una tabla.
7. Procedimiento, según la reivindicación 1, en el que un dispositivo de transmisión del concentrador está situado dentro del concentrador.
8. Procedimiento, según la reivindicación 1, en el que un dispositivo de transmisión del concentrador está realizado como uno de: un circuito integrado y un conjunto de componentes separados.
9. Sistema de corrección de frecuencia durante la transmisión de datos en una red de área extensa de baja potencia, LPWAN, comprendiendo el sistema:
• una antena del dispositivo de recepción, configurada para dirigir una señal recibida desde un dispositivo de transmisión a un concentrador;
• estando configurado el concentrador para recibir la señal de radio desde la antena del dispositivo de recepción;
• un dispositivo informático del concentrador, estando configurado el dispositivo informático para:
• recibir mediante el concentrador, desde la antena del dispositivo de recepción, una señal de radio que lleva un mensaje;
• procesar, mediante el dispositivo informático, la señal de radio, incluyendo el procesamiento:
dividir el ancho de banda íntegro del concentrador en secciones del espectro que tienen una anchura correspondiente al ancho de banda del mensaje;
• recibir, mediante el dispositivo informático, mensajes en, por lo menos, algunas de las secciones del espectro; • identificar, mediante el dispositivo informático, una serie de secciones del espectro en las que se recibió el mensaje;
• generar, mediante el dispositivo informático, una métrica de calidad de la señal para cada mensaje recibido en cada sección del espectro en la que se recibió el mensaje;
• determinar, mediante el dispositivo informático, una frecuencia del mensaje recibido como un punto medio de una determinada sección del espectro, en base a que la determinada sección del espectro cumple la condición de que:
° el mensaje se recibió satisfactoriamente en la determinada sección del espectro,
° la métrica de calidad de la señal tiene un valor máximo en la determinada sección del espectro, en comparación con todas las demás secciones del espectro en las que también se recibió el mensaje;
• calcular, mediante el dispositivo informático, una frecuencia esperada de la señal de radio en base a datos contenidos en el mensaje;
• determinar, mediante el dispositivo informático, un error de frecuencia de la señal de radio recibida, como la diferencia entre las frecuencias determinada y esperada de la señal;
• ejecutar una corrección del error de frecuencia del concentrador, mediante:
• transmitir, mediante un transmisor del concentrador, por lo menos, un mensaje adicional a una frecuencia conocida por el concentrador y disponible para su recepción por el concentrador;
• generar un error de frecuencia del concentrador, como la diferencia entre la frecuencia real y la frecuencia esperada del, por lo menos, un mensaje adicional;
• generar, mediante el dispositivo informático, una frecuencia de envío del mensaje en base al error de frecuencia de la señal de radio recibida y al error de frecuencia del concentrador.
10. Sistema, según la reivindicación 9, en el que un dispositivo de transmisión del concentrador está situado dentro del concentrador.
11. Sistema, según la reivindicación 9, en el que un dispositivo de transmisión del concentrador está implementado como uno de: (i) un circuito integrado y (ii) un conjunto de componentes separados.
12. Sistema, según la reivindicación 9, en el que el concentrador comprende, además, un dispositivo de recepción y un dispositivo de transmisión.
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