ES2946552T3 - Comunicaciones de onda milimétrica a través de obstrucciones - Google Patents

Comunicaciones de onda milimétrica a través de obstrucciones Download PDF

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ES2946552T3 ES18805489T ES18805489T ES2946552T3 ES 2946552 T3 ES2946552 T3 ES 2946552T3 ES 18805489 T ES18805489 T ES 18805489T ES 18805489 T ES18805489 T ES 18805489T ES 2946552 T3 ES2946552 T3 ES 2946552T3
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Abstract

Se describen aparatos, sistemas y métodos que permiten que las señales de comunicación de ondas milimétricas pasen de forma eficaz y fiable a través de obstrucciones. Un aparato incluye un primer transceptor inalámbrico y una primera antena de matriz en fase acoplada al primer transceptor inalámbrico. Una segunda antena de matriz en fase también está acoplada al primer transceptor inalámbrico. El aparato incluye además un segundo transceptor inalámbrico y una tercera antena de matriz en fase acoplada al segundo transceptor inalámbrico. La tercera antena agrupada en fase está adaptada para emitir un tercer haz de ondas milimétricas a través de una obstrucción. Una cuarta antena de matriz en fase también está acoplada al segundo transceptor inalámbrico. La cuarta antena agrupada en fase está adaptada para recibir un cuarto haz de ondas milimétricas a través de la obstrucción. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN
Comunicaciones de onda milimétrica a través de obstrucciones
Referencia cruzada a solicitudes relacionadas
Esta solicitud reivindica el beneficio de la solicitud de patente provisional de EE. UU. número de serie 62/464,302, presentada el 27 de febrero de 2017, y el beneficio de la solicitud de patente provisional de EE. UU. número de serie 62/464,308, presentada el 27 de febrero de 2017.
Campo técnico
Esta divulgación se refiere en general a las comunicaciones inalámbricas y, más en particular, a las redes de comunicaciones inalámbricas capaces de operar en el espectro de ondas milimétricas.
Antecedentes
El espectro de ondas milimétricas es la banda de frecuencia del espectro entre 30 GHz y 300 GHz. Este espectro se puede usar para comunicaciones inalámbricas de alta velocidad, como se ve con el último estándar Wi-Fi IEEE 802.11 ad (que opera a 60 GHz).
La banda V es un conjunto de frecuencias de ondas milimétricas usadas para la comunicación. Las autoridades reguladoras de algunos países permiten la operación de banda V sin licencia. El conjunto de frecuencias en las que se permite la operación de banda V sin licencia en los EE. UU. es actualmente de 57 a 71 GHz. Los estándares aplicables a las comunicaciones de banda V incluyen IEEE 802.1lad (publicado el 28 de diciembre de 2012) e IEEE 802.1lay (actualmente en desarrollo).
La banda E es otro conjunto de frecuencias de ondas milimétricas utilizables para la comunicación. Las autoridades reguladoras, por ejemplo, la Comisión Federal de Comunicaciones (FCC), generalmente permiten la operación con licencia ligera en esta banda. En EE. UU., la operación de la banda E está permitido en las siguientes bandas de frecuencia de 71-76, 81-86 y 92-95 GHz.
La FCC también regula muchas otras bandas sin licencia, incluidas las bandas industriales, científicas y médicas (ISM) en aproximadamente 2 GHz y 6 GHz y otras frecuencias. En los últimos años, algunos de los usos de más rápido crecimiento de las bandas iSm y otras bandas con licencia ligera o sin licencia han sido para sistemas de comunicaciones inalámbricas de corto alcance y baja potencia, conocidos comúnmente como Wi-Fi.
Un problema con algunas redes inalámbricas, particularmente aquellas que operan en frecuencias de ondas milimétricas, es la capacidad de las señales inalámbricas para penetrar obstrucciones, como paredes o pisos dentro de edificios u otras barreras. Aunque las señales de ondas milimétricas pueden pasar y pasan a través de algunas obstrucciones, a menudo se degradan al hacerlo. La degradación puede deberse a la atenuación, la reflexión y otros procesos físicos causados por la obstrucción. A medida que aumenta la frecuencia de transmisión, también aumenta la atenuación por obstáculos y espacio libre. El resultado es una reducción de la potencia recibida, lo que limita el alcance de la señal y la capacidad de penetrar las obstrucciones. El documento US 2004/110469 describe un sistema de repetidor de panel plano.
Sumario
En el presente documento se divulgan uno o más aparatos, sistemas y métodos que permiten que las señales de ondas milimétricas pasen de manera eficiente y confiable a través de obstrucciones, como paredes, barreras, espacios libres o similares, con un rendimiento significativamente mayor. Estos aparatos, sistemas y métodos pueden mejorar en gran medida la fiabilidad y el rendimiento de la comunicación inalámbrica de ondas milimétricas dentro de edificios u otras estructuras.
La presente invención está definida por las reivindicaciones adjuntas. Las realizaciones que no entran dentro del alcance de las reivindicaciones son únicamente de ejemplo.
El sumario anterior no define los límites de las reivindicaciones adjuntas. Otros aspectos, realizaciones, características y ventajas serán o resultarán evidentes para un experto en la técnica tras el examen de las siguientes figuras y la descripción detallada. Se pretende que todas estas características, realizaciones, aspectos y ventajas adicionales se incluyan dentro de esta descripción y estén protegidas por las reivindicaciones adjuntas. Breve descripción de los dibujos
Debe entenderse que los dibujos son únicamente con fines ilustrativos y no definen los límites de las reivindicaciones adjuntas. Además, los componentes de las figuras no están necesariamente a escala. En las figuras, números de referencia similares designan partes correspondientes a lo largo de las diferentes vistas. La figura 1 es una primera vista en perspectiva esquemática de un primer sistema de comunicación inalámbrica de ejemplo.
La figura 2a es una ilustración esquemática contextual de una primera red de comunicación inalámbrica de ejemplo en un entorno empresarial, que incluye un sistema de comunicación inalámbrica divulgado.
La figura 2b es una ilustración esquemática contextual de una segunda red de comunicación inalámbrica de ejemplo en un entorno empresarial, que incluye un sistema de comunicación inalámbrica divulgado.
La figura 3 es una segunda vista en perspectiva esquemática del primer sistema de comunicación inalámbrica de ejemplo de la figura 1, que se puede incluir en las redes inalámbricas divulgadas en el presente documento. La figura 4 es una tercera vista esquemática en perspectiva del primer sistema de comunicación inalámbrica de ejemplo de la figura 1.
La figura 5 es una cuarta vista en perspectiva esquemática del primer sistema de comunicación inalámbrica de ejemplo de la figura 1.
La figura 6 es una ilustración esquemática de las comunicaciones inalámbricas que implican el primer sistema de comunicaciones inalámbricas de ejemplo.
La figura 7 es una ilustración esquemática de ciertos componentes de un panel incluido en un sistema de comunicación inalámbrica divulgado.
La figura 8 es una vista en perspectiva esquemática de un segundo sistema de comunicación inalámbrica de ejemplo que incluye un módulo de sensor opcional.
La figura 9 es una ilustración esquemática contextual de una tercera red de comunicación inalámbrica de ejemplo en un entorno empresarial, que incluye un sistema de comunicación inalámbrica divulgado.
La figura 10 es una ilustración esquemática de ciertos componentes de fuente de alimentación de ejemplo de un panel de un sistema inalámbrico.
La figura 11 es una primera vista en perspectiva esquemática de un segundo sistema de comunicación inalámbrica de ejemplo que se puede incluir en las redes inalámbricas divulgadas en el presente documento.
La figura 12 es una segunda vista en perspectiva esquemática del segundo sistema de comunicación inalámbrica de ejemplo.
La figura 13 es una tercera vista en perspectiva esquemática del segundo sistema de comunicación inalámbrica de ejemplo.
Descripción detallada
La siguiente descripción detallada, que hace referencia a los dibujos y los incorpora, describe e ilustra uno o más ejemplos de un sistema y método de comunicación inalámbrica, así como componentes de ejemplo de dichos sistemas de comunicación inalámbrica. Estos ejemplos, ofrecidos no para limitar, sino solo para ejemplificar y enseñar realizaciones de los componentes, sistemas y métodos, se muestran y describen con suficiente detalle para permitir que los expertos en la técnica pongan en práctica lo que se reivindica. Así, cuando sea apropiado para evitar oscurecer la invención, la descripción puede omitir cierta información conocida por los expertos en la técnica. Las divulgaciones del presente documento son ejemplos que no deben interpretarse como una limitación indebida del alcance de cualquier reivindicación de patente que eventualmente pueda otorgarse basándose en esta solicitud.
La expresión "de ejemplo" se usa a lo largo de esta solicitud para significar "que sirve como ejemplo, instancia o ilustración". Cualquier sistema, método, aparato, dispositivo, componente, técnica, característica o similar descrito en el presente documento como "de ejemplo" no debe interpretarse necesariamente como preferido o ventajoso sobre otras características.
Tal como se usa en esta memoria descriptiva y en las reivindicaciones adjuntas, las formas singulares "un", "una" "el" y "la" incluyen referentes plurales a menos que el contenido indique claramente lo contrario.
Además, el uso de "o" significa "y/o" a menos que se indique lo contrario. De manera similar, "comprenden", "comprende", "que comprende", "incluyen", "incluye" e "que incluye" son intercambiables y no pretenden ser limitativos.
Los sistemas de comunicación inalámbrica divulgados pueden operar en el espectro de frecuencias milimétricas y usar antenas de matriz en fase (PAA) con formadores de haces para proporcionar tasas de datos muy altas hacia y desde los dispositivos de extremo.
La figura 1 es una ilustración esquemática de un sistema 100 de comunicación inalámbrica de ejemplo. El sistema 100 incluye dos aparatos (por ejemplo, paneles 102, 104), cada uno configurado para enviar señales inalámbricas de ondas milimétricas a través de un enlace inalámbrico a través de una o más obstrucciones, como paredes, barreras, otras estructuras, a través de aire sin obstrucciones o similares. Las señales de ondas milimétricas pueden pasar y pasan a través de ciertas obstrucciones, como paredes construidas, pero la intensidad o la calidad de la señal pueden degradarse. La degradación puede deberse a la atenuación, la reflexión y/u otros procesos físicos que ocurren entre la obstrucción y la señal inalámbrica. Asimismo, el contenido de hidratación en el aire (humedad) también contribuye a una reducción de la potencia de la señal recibida. El sistema 100 de comunicación inalámbrica permite que las señales de ondas milimétricas pasen de forma eficaz y fiable a través de una o más obstrucciones, con degradación reducida. En consecuencia, el sistema 100 puede mejorar la fiabilidad de la comunicación inalámbrica de ondas milimétricas a lo largo de un mayor rango de visibilidad directa y a través de obstrucciones, como las que se encuentran dentro de edificios u otras estructuras hechas por el hombre.
En el ejemplo mostrado en la figura 1, el primer panel 102 está montado en un lado de una pared 108 (no mostrada) y el segundo panel 104 está montado en el lado opuesto de la pared 108. El primer y segundo panel 102, 104 pueden estar generalmente alineados entre sí. Cada uno de los paneles 102, 104 puede incluir cualquier medio adecuado para fijarse a la pared 108, incluidos ganchos, adhesivos, montajes, sujetadores como tornillos o clavos, ojales, alambres o similares. Además, los paneles 102 o 104 pueden montarse desde arriba, como desde el techo, o montarse encima de un soporte de suelo (sin contacto con la pared en ningún caso).
El primer panel 102 incluye un primer conjunto de antenas que tiene una primera antena 126 de matriz en fase (PAA) de recepción dirigida hacia la pared 108, y una primera PAA 128 de transmisión también dirigida hacia la pared 108. Cada una de las primeras PAA 126, 128 está en comunicación con un primer transceptor 130 de ondas milimétricas incluido en el primer panel 102. Las primeras PAA 126, 128 están configuradas para recibir y transmitir señales 144, 146 de ondas milimétricas, respectivamente, a través de la pared 108 desde y hacia las primeras PAA 148, 150 correspondientes incluidas en el segundo panel 104 como un primer conjunto de antenas. Similar al primer panel 102, las primeras PAA 148, 150 están dirigidas hacia la pared 108 y en comunicación con un primer transceptor 152 de ondas milimétricas incluido en el segundo panel 104. Las señales 144, 146 de ondas milimétricas pueden transportar datos, como información de comunicación, entre los dos paneles 102, 104.
Aunque las señales 144, 146 del enlace inalámbrico que pasan a través de la pared 108 pueden ser de cualquier banda de frecuencia adecuada, en el ejemplo que se muestra, la primera señal 144 está en la parte superior de la banda V entre 65 y 71 GHz, y la segunda señal 146 está en la parte inferior de la banda V entre 57 y 64 GHz. El uso de múltiples bandas de comunicación dentro de un enlace inalámbrico dado tiene ventajas porque puede aumentar la fiabilidad, aumentar el ancho de banda disponible y mejorar la compatibilidad del sistema 100.
Los paneles 102, 104 pueden comunicarse con otros paneles en red transfiriendo datos de forma inalámbrica a otros sistemas inalámbricos configurados de manera similar ubicados cerca usando señales inalámbricas de ondas milimétricas. En el ejemplo que se muestra en la figura 1, esto se hace transmitiendo y recibiendo de forma inalámbrica los haces 114, 116, 160, 162 de ondas milimétricas dentro de la habitación 1110 y la habitación 2106, respectivamente. Para lograr esto, el primer panel 102 incluye un segundo conjunto de antenas que tienen una segunda PAA 122 de transmisión dirigida hacia la habitación 2 106, y una segunda PAA 124 de recepción también dirigida hacia la habitación 2 106. Cada una de las segundas PAA 122, 124 está en comunicación con un segundo transceptor 134 de ondas milimétricas incluido en el primer panel 102. Las segundas PAA 122, 124 están configuradas para transmitir y recibir haces 114, 116 de ondas milimétricas, respectivamente, en la habitación 2 106. Los haces 114, 116 de ondas milimétricas pueden transportar datos, como información de comunicación, entre el primer panel 102 y otros dispositivos en red (no mostrados). Un controlador incluido en el primer panel 102 puede adaptarse para administrar la transferencia y el flujo de datos entre el primer transceptor inalámbrico 130 y el segundo transceptor inalámbrico 134. Uno o más buses de datos del primer panel 102 pueden acoplar los transceptores 130, 134 y otros componentes.
Aunque los haces 114, 116 del enlace inalámbrico que pasa por la habitación 2106 pueden ser de cualquier banda de frecuencia adecuada, en el ejemplo que se muestra, el haz transmitido 114 está en la parte superior de la banda V entre 65 y 71 GHz, y el haz recibido 116 está en la parte inferior de la banda V entre 57 y 64 GHz.
Para permitir comunicaciones de ondas milimétricas en la habitación 1 110, el segundo panel 104 incluye un segundo conjunto de antenas que tienen una segunda PAA 156 de transmisión dirigida hacia la habitación 2 110 y una segunda PAA 154 de recepción también dirigida hacia la habitación 1110. Cada una de las segundas PAA 154, 156 está en comunicación con un segundo transceptor 158 de ondas milimétricas incluido en el segundo panel 104. Las segundas PAA 154, 156 están configuradas para recibir y transmitir haces 160, 162 de ondas milimétricas, respectivamente, en la habitación 1 110. Los haces 160, 162 de ondas milimétricas pueden transportar datos, como información de comunicación, entre el segundo panel 104 y otros dispositivos en red (no mostrados). Un controlador incluido en el segundo panel 104 puede adaptarse para administrar la transferencia y el flujo de datos entre el primer transceptor inalámbrico 152 y el segundo transceptor inalámbrico 158. Uno o más buses de datos del segundo panel 104 pueden acoplar los transceptores 152, 158 y otros componentes.
Aunque los haces 160, 162 del enlace inalámbrico que pasan por la habitación 1 110 pueden ser de cualquier banda de frecuencia adecuada, en el ejemplo que se muestra, el haz transmitido 162 está en la parte inferior de la banda V entre 57 y 64 GHz, y el haz recibido 160 está en la parte superior de la banda V entre 65-71 GHz.
Los controladores en cada panel 102, 104 pueden configurarse de modo que una ruta 112 de comunicación inalámbrica totalmente dúplex esté disponible a través de la pared 108 y las habitaciones 106, 110 por medio de las antenas 122, 124, 126, 128, 148, 150, 154,156 y transceptores 130, 134, 152, 158 de panel. En ciertos modos de operación, los controladores en cada panel 102, 104 pueden configurarse para que el sistema 100 actúe como un repetidor inalámbrico, capaz de pasar información de forma inalámbrica entre las habitaciones 1 y 2 a través de la pared 108.
Cada uno de los paneles 102, 104 también puede incluir interfaces locales inalámbricas y/o por cable, por ejemplo, unidades 142, 174 de control de acceso (ACU), respectivamente, para comunicarse con uno o más dispositivos de terminal en red en la habitación 2 y 1, respectivamente. Cada una de las interfaces locales puede incluir una unidad de control de acceso (ACU) que incluye ciertas funciones y componentes que sirven para administrar y entregar paquetes de datos, por ejemplo, paquetes Ethernet, de información desde la ruta 112 de comunicación inalámbrica a terminales en las habitaciones locales 1 y 2 (habitaciones 110 y 106) de las ubicaciones de los paneles. De manera similar, las funciones y componentes de la ACU sirven para recibir información de los terminales locales e insertar los paquetes de información en el flujo de información a través de la ruta 112 de comunicación inalámbrica.
Los componentes de la ACU del primer panel 102 pueden incluir un administrador 136 de paquetes Ethernet y uno o más módulos de acceso, por ejemplo, un módulo 140 de acceso inalámbrico y un módulo 138 de acceso por cable. Los componentes de la ACU del segundo panel 104 pueden incluir un administrador 166 de paquetes Ethernet y uno o más módulos de acceso, por ejemplo, un módulo 164 de acceso inalámbrico y un módulo 168 de acceso por cable. También se puede usar software/firmware para controlar las comunicaciones entre los módulos y el administrador de paquetes en cada panel 102, 104 sobre los respectivos buses de datos. Cada uno de los administradores 136, 166 de paquetes Ethernet puede implementarse usando un conmutador Ethernet disponible comercialmente, como un conmutador Ethernet disponible de Cavium, Inc. Los módulos 138, 140, 164, 168 de acceso en cada panel 102, 104 pueden incluir conjuntos de chips y/o software/firmware comercialmente disponibles que implementan protocolos de comunicación locales basados en estándares, como uno o más de los estándares de Wi-Fi IEEE 802.11. o estándares de cable Ethernet IEEE 802.3. Cada una de las ACU también puede incluir una o más antenas y/o puertos de cable.
Como se muestra en la figura 1, cada administrador 136, 166 de paquetes Ethernet está acoplado al transceptor 130, 134, 152, 158, en su respectivo panel 102 o 104 por uno o más buses de datos.
Las funciones de la ACU en cada panel pueden incluir 1) conmutador Ethernet y búferes, buses y memoria de administración de paquetes asociados, 2) módulos inalámbricos (transceptores) que se adhieren al protocolo IEEE 802.11 (varias versiones de 802.11 dependiendo de la configuración del panel) y 3) puertos Ethernet para conexiones de cable. En cada panel 102, 104, los datos que se transmiten y reciben desde el bus desde los dos transceptores superiores 130, 134, 152, 158 son información de paquetes Ethernet encapsulada a una frecuencia de banda base. El procesador Ethernet en cada administrador 136, 166 de paquetes desencapsula los datos, decide si su destino está dentro del área local de su habitación respectiva (basándose en la información de la dirección de destino incluida en el paquete). De lo contrario, el administrador de paquetes envía el paquete de regreso a los transceptores 130, 134, 152, 158 para que el paquete continúe su viaje en la ruta 112 de comunicación inalámbrica. Si el destino de los datos es el área local, un controlador incluido en el respectivo administrador 136, 166 de paquetes determina si debe enviarse a través de un módulo de acceso inalámbrico o por el puerto Ethernet de un módulo de acceso por cable. Por el contrario, la ACU encapsula la información (paquetes de datos) que introduce desde los dispositivos de terminal locales en uno o más paquetes Ethernet y los coloca en su camino hacia los transceptores superiores para que pueda transferirse en la ruta 112 de comunicación inalámbrica.
Aunque la figura 1 muestra las ACU que incluyen módulos de acceso inalámbricos y por cable, se puede usar cualquier configuración adecuada de módulos de acceso en cada panel. Por ejemplo, solo se puede incluir un módulo de acceso inalámbrico en algunas configuraciones de panel sin módulo de acceso por cable. Otras configuraciones de panel pueden incluir solo uno o más módulos de acceso por cable sin módulo de acceso inalámbrico, mientras que otras configuraciones de panel pueden incluir tres o más módulos de acceso, ya sea por cable o inalámbricos.
Aunque las rutas 118, 120 de comunicación de acceso local pueden ser cada una de cualquier banda de frecuencia o protocolo adecuado, en el ejemplo mostrado, las rutas inalámbricas locales 132, 170 pueden ser señales Wi-Fi IEEE 802.11 (cualquier versión adecuada de Wi-Fi), Bluetooth, o similares; y las rutas 133, 172 de cable locales pueden ser cada una señales Ethernet IEEE 802.3 o similares. Alternativamente, las rutas 118, 120 de comunicación local pueden cumplir con cualquier estándar de cable e inalámbrico adecuado de la FCC y de la agencia internacional.
Las interfaces inalámbricas 142, 174 pueden omitirse del primer y segundo panel 102, 104 en algunas configuraciones del sistema 100.
El controlador incluido en cada uno de los paneles 102, 104 puede ser cualquier medio adecuado para controlar la operación del panel respectivo, así como el sistema 100. Por ejemplo, el controlador puede incluir uno o más procesadores para ejecutar instrucciones o código, como uno o más procesadores de señales digitales (DSP), microprocesadores de uso general, circuitos integrados específicos de aplicación (ASIC), matrices lógicas programables en campo (FPGA) u otros circuitos lógicos discretos o integrados equivalentes. El controlador también puede incluir memoria. La memoria y el procesador se pueden combinar como un solo chip.
Las funciones del controlador pueden implementarse en hardware, software, firmware o cualquier combinación adecuada de los mismos. Si se implementan en software, las funciones pueden almacenarse como una o más instrucciones o código en un medio legible por ordenador (por ejemplo, memoria) y ejecutarse mediante una unidad de procesamiento basada en hardware (por ejemplo, un procesador). Los medios legibles por ordenador pueden incluir cualquier medio de almacenamiento legible por ordenador, incluidos los medios de almacenamiento de datos, que pueden ser cualquier medio disponible al que puedan acceder uno o más ordenadores o uno o más procesadores para recuperar instrucciones, códigos y/o estructuras de datos para la implementación de las técnicas descritas en esta divulgación. Un producto de programa informático puede incluir un medio legible por ordenador.
A modo de ejemplo, y sin limitación, dichos medios de almacenamiento legibles por ordenador pueden comprender RAM, ROM, EEPROM, CD-ROM u otro almacenamiento en disco óptico, almacenamiento en disco magnético u otros dispositivos de almacenamiento magnético, memoria flash o cualquier otro medio que se puede usar para almacenar el código de programa deseado en forma de instrucciones o estructuras de datos y se puede acceder a él mediante un ordenador. Disco y disco, como se usa en el presente documento, incluye disco compacto (CD), disco láser, disco óptico, disco versátil digital (DVD), disquete y disco blu-ray, donde los discos generalmente reproducen datos magnéticamente, mientras que los discos reproducen datos ópticamente con láser. Las combinaciones de lo anterior también deben incluirse dentro del alcance de los medios legibles por ordenador.
Los buses de datos descritos en el presente documento pueden ser buses digitales de alta velocidad construidos a partir de componentes disponibles comercialmente, incluido hardware, software y/o firmware disponible comercialmente. Como alternativa/adicionalmente, uno o más de los buses de datos pueden incluir componentes personalizados para proporcionar transferencias de datos de alta velocidad.
La figura 2a es una ilustración esquemática contextual de una red de comunicación inalámbrica de ejemplo en un entorno empresarial, que incluye uno o más de los sistemas de comunicación inalámbrica divulgados. La red incluye dos sistemas inalámbricos 4000, 5000 cada uno configurado para proporcionar comunicaciones inalámbricas de ondas milimétricas a través de obstrucciones, tales como paredes, en una empresa de ejemplo. El sistema 4000 está montado en una pared interior. El sistema 5000 está montado en una pared exterior. Cada uno de los sistemas 4000, 5000 puede incluir cualquiera de los sistemas de comunicación inalámbrica de dos paneles divulgados en el presente documento, por ejemplo, el sistema 100 divulgado en relación con la figura 1 o el sistema 4000 descrito con mayor detalle a continuación.
Como se muestra en la figura 2a, el sistema 4000 está instalado en la pared interior entre la habitación 1 y la habitación 2. La instalación no requiere realmente hacer un agujero en la pared. Esto es particularmente ventajoso en situaciones donde las paredes contienen asbesto u otros materiales que generan polvo peligroso cuando se cortan, taladran o desgastan. La instalación se puede lograr simplemente fijando los dos paneles que componen el sistema 4000 a cualquier lado de la pared. La fijación de los paneles a la pared se puede realizar por cualquier medio adecuado, por ejemplo, mediante adhesivo o mediante clavos, tornillos, ganchos, ojales o similares. Los dos paneles se pueden alinear para lograr un rendimiento óptimo. La alineación del panel puede lograrse mediante el uso de circuitos de alineación automática incorporados incluidos en los paneles del sistema 4000 o mediante instrumentación portátil desarrollada para ayudar en el procedimiento de alineación.
El sistema 5000 sirve como pasarela para los edificios de la empresa, ya que permite las comunicaciones desde la empresa a la nube de Internet a través de un dispositivo externo, por ejemplo, un servidor empresarial o una estación base remota 6000. En este ejemplo, los haces 5211 y 5212 de ondas milimétricas comprenden una conexión de división de dominio frecuencia dúplex (FDD) entre el primer sistema 5000 de la red empresarial y la nube de Internet a través de una estación base remota 6000. Aunque los haces 5211,5212 del enlace inalámbrico entre el sistema 5000 y la estación base 6000 pueden ser de cualquier banda de frecuencia adecuada, en el ejemplo que se muestra, el haz transmitido (enlace ascendente) 5212 puede estar en la banda E entre 81 y 86 GHz, y el haz recibido (enlace descendente) 5211 puede estar en la banda E entre 71 y 76 GHz.
Un segundo enlace inalámbrico entre el sistema 5000 y el sistema 4000 permite las comunicaciones entre los dos sistemas 4000, 5000. En este ejemplo, los haces 4211, 4212 de ondas milimétricas del segundo enlace proporcionan una conexión FDD dúplex entre el primer sistema 5000 y el segundo sistema 4000. Aunque los haces 4211,4212 del segundo enlace inalámbrico pueden ser de cualquier banda de frecuencia adecuada, en el ejemplo que se muestra, el haz 4212 transmitido desde el segundo sistema 4000 al primer sistema 5000 puede estar en la banda E entre 81 y 86 GHz, y el haz recibido 4211 del primer sistema 5000 al segundo sistema 4000 puede estar en la banda E entre 71 y 76 GHz.
El primer panel (en la habitación 1) del segundo sistema 4000 proporciona enlaces adicionales 4115 a uno o más dispositivos 4301 de terminal en la segunda habitación. Los dispositivos 4301 de terminal pueden ser cualquier dispositivo inalámbrico, por ejemplo, un ordenador como un ordenador portátil, un teléfono inteligente, una caja de cable, una consola de juegos o terminales no inalámbricos equipados con puertos de interfaz Ethernet estándar.
La figura 2b es una ilustración esquemática contextual de una red de comunicación inalámbrica de ejemplo en un entorno empresarial, que incluye uno o más de los sistemas de comunicación inalámbrica divulgados. La red incluye dos sistemas inalámbricos 4000, 5001, cada uno configurado para proporcionar comunicaciones inalámbricas de ondas milimétricas a través de obstrucciones, tales como paredes, en una empresa de ejemplo. Similar a la figura 2a, el sistema 4000 está montado en una pared interior. Sin embargo, en el ejemplo de la figura 2b, el sistema 5001 también está montado en una pared interior y se conecta a una pasarela en la configuración de un conmutador Ethernet estándar 6001. De esta manera, el conmutador 6001 sirve como pasarela para la infraestructura empresarial, ya que permite las comunicaciones desde la empresa a la nube de Internet a través del conmutador 6001.
Cada uno de los sistemas 4000, 5001 puede incluir cualquiera de los sistemas de comunicación inalámbrica de dos paneles divulgados en el presente documento, por ejemplo, el sistema 100 divulgado en relación con la figura 1 o los sistemas 4000, 7000 descritos con más detalle a continuación.
La figura 3 es una segunda vista esquemática en perspectiva de un sistema 4000 de comunicación inalámbrica de ejemplo que se puede incluir en las redes inalámbricas divulgadas en el presente documento, por ejemplo, la red mostrada en las figuras 2a-b. El sistema 4000 puede incluir los mismos componentes y funciones del sistema 100 mostrado en la figura 1. El sistema 4000 puede replicarse y usarse como ambos sistemas 4000, 5001 de la red representada en la figura 2b.
El sistema 4000 incluye dos paneles separados 4100, 4200, cada uno de los cuales está montado en lados opuestos de una pared que separa la habitación 1 y la habitación 2, respectivamente. Los paneles 4100, 4200 están sustancialmente alineados entre sí para que las señales de ondas milimétricas puedan transferir datos con éxito entre los paneles 4100, 4200 a través de la pared. El sistema 4000 puede instalarse en dos lados de una pared que separa la habitación 1 y la habitación 2. La altura de la instalación puede ser de 2,13 m sobre el suelo, pero la altura de la instalación no está restringida a ninguna altura.
La instalación, la alineación y la configuración del sistema 4000 pueden controlarse mediante un dispositivo de varita o de mano independiente que se comunica de forma inalámbrica con los paneles 4100, 4200. La varita puede incluir una interfaz de usuario, un visualizador y una interfaz Bluetooth que se puede emparejar con cada panel 4100, 4200. Por ejemplo, la varita puede ser un teléfono inteligente con un sistema operativo y software de aplicación para interactuar con los paneles 4100, 4200.
La instalación y alineación de los paneles 4100, 4200 en una pared se puede lograr usando el siguiente método: 1) el panel 4100 se fija a la pared, se conecta a la corriente (toma de pared) y se enciende; 2) usando el enlace Bluetooth, el panel 4100 y la varita se emparejan; 3) el segundo panel 4200 se fija temporalmente al otro lado de la pared y se conecta a la corriente (toma de pared) y se enciende; 4) el segundo panel 4200 se mueve en la pared hasta que la varita visualice un indicador verde de "Alineación correcta"; 5) el segundo panel 4200 se fija entonces permanentemente a la pared; 6) se presiona un botón de "unirse a la red" en la varita, lo que hace que el primer y segundo panel 4100, 4200 establezcan comunicaciones entre sí y otros elementos de la red a través de los enlaces inalámbricos; y 7) la varita muestra un mensaje de "Instalación correcta" una vez que los paneles 4100, 4200 se comunican con la varita a través del enlace Bluetooth de que se han conectado correctamente a la red.
Una vez instalados, los paneles 4100 y 4200 componen el sistema 4000.
El sistema 4000 puede transmitir y recibir información en frecuencias de banda V o banda E hacia/desde la habitación 1 y la habitación 2. El sistema 4000 también puede transmitir y recibir tráfico de paquetes Ethernet dentro de la habitación 1 y la habitación 2 a través de unidades 4260, 4160 de control de acceso (ACU) inalámbricas o por cable.
En este ejemplo, cada uno de los paneles 4100, 4200 contiene dos circuitos de antenas de matriz en fase con transceptor incrustado y electrónica de control (PAAX) y una ACU. Con el advenimiento de la tecnología CMOS submicrónica profunda, las antenas de matriz en fase con transceptor incrustado y electrónica de control (PAAX) se han convertido en una implementación práctica.
El primer panel 4100 incluye un primer PAAX 4140 (que puede incluir los componentes 154, 156, 158 de la figura 1), un segundo PAAX 4150 (que puede incluir los componentes 148, 150, 152 de la figura 1) y una ACU 4160 (que puede incluyen componentes de ACU 174 de la figura 1). El primer PAAX 4140 tiene dos antenas de matriz en fase en un lado del panel 4100 dirigido hacia la habitación 1. El segundo PAAX 4150 tiene dos antenas de matriz en fase en el otro lado del panel 4100 orientadas la pared. La ACU 4160 tiene módulos de interfaz de cable, inalámbricos y de administración de paquetes Ethernet para conectarse a terminales dentro de las habitaciones, como se describe en relación con la figura 1.
Asimismo, el segundo panel 4200 incluye un primer PAAX 4240 (que puede incluir los componentes 122, 124, 134 de la figura 1), un segundo PAAX 4250 (que puede incluir los componentes 126, 128, 130 de la figura 1), y una ACU 4260 ( que puede incluir componentes de ACU 142 de la figura 1). El primer PAAX 4240 tiene dos antenas de matriz en fase en un lado del panel 4200 dirigido hacia la habitación 2. El segundo PAAX 4250 tiene dos antenas de matriz en fase en el otro lado del panel 4200 que mira hacia la pared. La ACU 4260 tiene administración de paquetes Ethernet, módulos de interfaz inalámbricos y por cable para conectarse a terminales dentro de las habitaciones.
El sistema 4000 puede configurarse para que el primer panel 4100 proporcione FDD dúplex completo en las frecuencias de banda V o banda E usando el primer PAAX 4140 en la habitación 1; y FDD dúplex completo en las frecuencias de banda V o banda E usando el segundo PAAX 4150 a través de la pared. Y el segundo panel 4200 proporciona FDD dúplex completo en las frecuencias de banda V o banda E usando su primer PAAX 4240 en la habitación 2; y FDD dúplex completo en las frecuencias de banda V o banda E usando el segundo PAAX 4250 a través de la pared.
Cada PAAX tiene una circuitería de control para configurar eléctricamente los parámetros del formador de haces. Los parámetros del formador de haces pueden controlar el ancho del haz o la dirección en la que apunta el formador de haces, o ambos. El control se puede afirmar por los siguientes medios: 1) incrustando conmutadores dentro del PAA y usando dichos conmutadores para reconfigurar los elementos conductores que componen el PAA; 2) cambio de fase de las señales enviadas o recibidas de elementos del PAA; y/o 3) generar digitalmente un retardo incremental entre las señales enviadas a elementos de antena individuales.
La diafonía entre los haces se reduce de las siguientes maneras. En primer lugar, el diseño físico de los paneles minimiza el nivel de campos Tx que ven los PAA Rx. En segundo lugar, se pueden incrustar reflectores de radiación de ondas milimétricas dentro de los paneles 4100, 4200. El grosor de los reflectores se optimiza y simula para garantizar que el beneficio de eficiencia obtenido de este modo no se anula por la degradación de la señal provocada por la propagación de rutas múltiples introducida por dichos reflectores. Y en tercer lugar, se pueden incrustar atenuadores dentro de los paneles. Los atenuadores pueden implementarse como metamateriales o mediante materiales con pérdidas convencionales.
Cada PAAX puede incluir circuitos de control de formación de haces, circuitos de accionamiento de transmisores, lentes de RF y elementos de envolvente.
Ahora se analiza el diseño de las antenas de banda V y banda E usadas en las PAAX. En algunas configuraciones, no es necesario un conmutador Tx/Rx porque los elementos de antena Tx y Rx se implementan como submatrices dentro de cada PAAX. La eliminación del conmutador Tx/Rx da como resultado la eliminación de pérdidas y parásitos asociados con el conmutador. En consecuencia, se mejora el margen del enlace.
Cada PAAX puede ser un sistema de matriz adaptativo, que usa anulación adaptativa, formación de haz y dirección de haz. Debido a que los elementos de la antena, así como los elementos del transceptor, están incrustados dentro de cada PAAX, es posible que no haya necesidad de un combinador de potencia o una línea de transmisión en el conjunto de antenas Tx. Los costos económicos y la degradación del rendimiento asociados con el combinador de potencia y dicha línea de transmisión pueden así evitarse. Cada antena puede ser una antena de matriz en fase integral dedicada según lo definido por el Instituto Europeo de Normas de Telecomunicaciones (ETSI). Cuenta con alineación automática dinámica y alineación de instalación. No se requiere que la antena sea una antena independiente o una antena de haz seleccionable. Sin embargo, algunas configuraciones del sistema 400 se pueden construir usando antenas de haz seleccionables o antenas independientes.
En otras realizaciones, cada panel 4100, 4200 puede tener un número mayor o menor de PAAX y cada panel 4100, 4200 puede tener un número diferente de PAAx que el otro panel.
Las figuras 4 y 5 son vistas en perspectiva esquemáticas adicionales, respectivamente, del sistema de comunicación inalámbrica de ejemplo 4000. Estas vistas muestran más detalles de los flujos de datos del haz inalámbrico y la estructura del sistema 4000. La tabla 1 resume los paneles y sus componentes de transmisión (Tx) y recepción (Rx) por los números de elemento que se muestran en las figuras 4 y 5, junto con los números de elemento de los haces de ondas milimétricas correspondientes.
Tabla 1. Com onentes Rx Tx del anel.
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En el sistema 4000 de ejemplo que se muestra en las figuras 3, 4 y 5, hay tres enlaces inalámbricos, cada uno con un par de haces. Como se muestra en la figura 4, en el primer enlace, los haces inalámbricos 4111 y 4112 transportan tráfico, incluidos datos e información de control, que fluye entre el sistema 4000 y otros sistemas de comunicación inalámbrica ubicados dentro de la habitación 1. En este ejemplo, el tráfico se transmite y recibe en frecuencias de banda V, por ejemplo, las que se muestran en la tabla 1. También en frecuencias de banda V, los haces 4113 y 4214 del segundo enlace transportan información que fluye a través de la pared entre los paneles 4100 y 4200 ubicados en la habitación 1 y la habitación 2. Los haces 4212 y 4211 del tercer enlace transportan tráfico que fluye entre el sistema 4000 y otros sistemas en la habitación 2. El tráfico transportado por el primer, segundo y tercero enlace inalámbrico puede transmitirse y recibirse en frecuencias de banda V, como se muestra en la tabla 1. En este ejemplo, las señales 4115 y 4116 del cuarto enlace transportan tráfico en frecuencias de banda inalámbricas o por cable locales que fluyen entre el PAAX 4160 del primer panel 4100 y los puntos de acceso del terminal dentro de la habitación 1. También en este ejemplo, las señales 4215 y 4216 del quinto enlace transportan tráfico en frecuencias de banda inalámbricas o por cable locales que fluyen entre PAAX 4260 y los puntos de acceso de terminales dentro de la habitación 2. Como se describió anteriormente en relación con la figura 1, las rutas 4115, 4116, 4215, 4216 de comunicación de acceso local pueden ser cada una de cualquier banda de frecuencia o protocolo adecuado, por ejemplo, la conexión inalámbrica local 4116, 4215 puede ser cada una señales Wi-Fi IEEE 802.11 (cualquier versión adecuada de Wi-Fi), Bluetooth o similar; y las rutas 4115, 4216 de cable locales pueden ser cada una señales Ethernet IEEE 802.3 o similares. Alternativamente, las rutas de comunicación local pueden cumplir con cualquier estándar inalámbrico y de cable de la FCC y de la agencia internacional.
Cada uno de los paneles 4100, 4200 incluye una pluralidad de receptores de ondas milimétricas (Rx) y una pluralidad de transmisores de ondas milimétricas (Tx). Las antenas de matriz en fase de cada panel 4100, 4200 pueden estar conectadas eléctricamente de forma permanente a la circuitería frontal de RF Rx o Tx, respectivamente. La correspondencia entre los circuitos RF 4101-4106 y 4201-4206 y el área de los paneles se muestra en las figuras 3, 4 y 5 y se proporciona en la tabla 1.
Cada uno de los circuitos Rx 4101, 4104, 4106, 4203, 4202, 4205 genera un flujo de bits digital respectivo que corresponde a la forma de onda de la señal de onda milimétrica (haces) que inciden en el conjunto de antenas correspondiente. La corrección de errores se puede realizar en cada uno de los flujos de bits dentro del transceptor asociado con el PAAX que contiene el circuito Rx.
El flujo de datos a través de la pared usa los segundos enlaces inalámbricos representados como haces 4113 y 4214. Para reducir la atenuación y otras formas de degradación de la señal, los haces 4113, 4214 son generalmente normales a la superficie de la pared. Los elementos PAA de cada PAAX 4150, 4250 de los paneles 4100, 4200 están alineados para asegurar que cada PAA Rx capture la mayor proporción posible de la energía emitida por el PAA Tx correspondiente del panel opuesto. La proporción de energía recibida puede depender de la forma exacta de los haces generados por los PAA Rx y Tx en los paneles 4100, 4200. El margen del enlace se puede ajustar modificando la ganancia de antena, la potencia y la figura de ruido del PAA Rx y el PAA Tx correspondiente. Por ejemplo, la ganancia de la antena se puede aumentar usando un mayor número de elementos dentro de uno o ambos PAA correspondientes de una ruta de haz dada. Los datos que pasan a través de la pared pueden transmitirse de forma inalámbrica mediante la banda V o, en otras configuraciones, la banda E.
El sistema 4000 contiene circuitería digital para la administración del flujo de datos entre flujos de bits de los diversos circuitos Rx y entradas digitales de los circuitos Tx. La circuitería digital también proporciona una administración a nivel de hoja de la actividad de formación de haces y la potencia del sistema. El circuito digital puede incluir uno o más controladores en cada panel 4100, 4200, como el control descrito en relación con la figura 1.
Los sistemas inalámbricos divulgados, incluidos los sistemas 100, 4000, proporcionan ciertas ventajas. Por ejemplo, una ventaja proporcionada por el sistema 4000 es la eliminación de alambres y cables que usan las redes heredadas para transportar señales de comunicación porque el sistema 4000 permite que los enlaces de comunicación inalámbrica milimétricos pasen a través de las paredes. El uso del sistema 4000 permite que los enlaces inalámbricos de ondas milimétricas reemplacen los alambres y cables. Esto redujo considerablemente los costos de instalación para implementar la última tecnología de comunicación digital de alta velocidad en entornos comerciales. Los formadores de haces pueden establecer conexiones entre nodos en una red, en lugar de alambres o cables. Las antenas de matriz de fase con electrónica de transceptor incrustado, como la PAAX divulgada en el presente documento, mejoran la seguridad, la economía y el rendimiento de los formadores de haces.
Una segunda ventaja proporcionada por los sistemas divulgados es mejorar en gran medida las tasas de datos disponibles en las redes inalámbricas heredadas. Una tercera ventaja proporcionada por los sistemas divulgados es una reducción de las escuchas y la seguridad, ya que las señales inalámbricas pueden ser haces estrechos. Una cuarta ventaja proporcionada por los sistemas divulgados es el seguimiento rápido y escalable de la ruta de comunicación que puede mejorar la velocidad de la red. Una quinta ventaja proporcionada por los sistemas divulgados es mejorar en gran medida la penetración a través de las paredes y, cuando se combinan con otros sistemas similares en una red, penetrar a través de múltiples paredes y barreras que se encuentran comúnmente en entornos empresariales comerciales, como edificios. De lo contrario, las paredes y las obstrucciones podrían aumentar colectivamente la pérdida de ruta de una señal hasta un punto de falla de la señal. Los sistemas divulgados también facilitan la implementación de redes definidas por software y redes autoorganizadas.
La figura 6 es una ilustración esquemática de las comunicaciones inalámbricas que implican el sistema inalámbrico 4000. Más concretamente, la figura 6 muestra la comunicación entre el terminal 4301 de extremo, que puede ser un teléfono móvil con Wi-Fi, en la habitación 1 y el sistema 5000 de comunicación inalámbrica, que puede incluir un conmutador Ethernet estándar, en la habitación 2.
Los paneles 4100 y 4200 pueden ser físicamente equivalentes, teniendo esencialmente los mismos componentes y estructuras. El dispositivo 4301 de terminal puede enviar y recibir señales inalámbricas 4116 a PAA 4106. Por lo tanto, se logra una comunicación dúplex completo entre el dispositivo 4301 y el panel 4100 del sistema 4000.
El dispositivo 4301 de terminal en la habitación 1 puede usar el sistema 4000 como un relé para comunicarse con el sistema 5000 de pasarela en la habitación 2. Para conectar de forma inalámbrica el dispositivo 4301 al sistema 5000 de pasarela, puede ocurrir el siguiente proceso (refiriéndose a la figura 3): 1) establecer una conexión inalámbrica entre los transceptores en el dispositivo 4301 y los transceptores en PAAX 4160; 2) enviar los datos a través de uno o más buses internos en el panel 4100 desde el PAAX 4160 al PAAX 4150 (esta es una conexión por cable); 3) enviar los datos de forma inalámbrica a través de la pared, usando PAAX 4150 y PAAX 4250; 4) enviar los datos a través de uno o más buses internos en el panel 4200 desde PAAX 4250 a PAAX 4240 (otra conexión por cable); y 5) enviar los datos de forma inalámbrica desde el PAAX 4240 a un PAAX incluido en, o cerca del sistema 5000 de pasarela. Mediante el método anterior, los datos se transmiten de forma inalámbrica entre el dispositivo 4301 de terminal y el sistema 5000 de pasarela y se puede establecer una sesión de conexión entre el dispositivo 4301 y el sistema 5000.
La figura 7 es una ilustración esquemática de ciertos componentes del panel 4100 incluidos en el sistema 4000 de comunicación inalámbrica. Ambos paneles 4100 y 4200 pueden incluir los componentes que se muestran en la figura 7. Las cajas 4140, 4150 y 4160 incluyen las PAAX, cada una de las cuales tiene la funcionalidad que se ha descrito anteriormente en relación con las figuras 2 a 6. La caja 4170 es un circuito de diagnóstico que proporciona acceso a través del conector 4175. Un controlador 4181 controla la operación general del panel 4100. El controlador 4181 puede incluir el controlador descrito en relación con la figura 1. Un bus 4182 digital de alta velocidad está acoplado al controlador 4181 y permite que el controlador 4181 administre el flujo de datos digitales entre los bloques PAAX 4140, 4150, 4160 y el circuito 4170 de diagnóstico.
Los puertos 4141,4151,4161,4171 permiten que el controlador 4181 envíe información de control a cada uno de los bloques PAAX 4140, 4150, 4160 y circuito 4170 de diagnóstico, respectivamente, para controlar la configuración y operación de las PAAX y el circuito de diagnóstico. Los puertos 4142, 4152, 4162, 4172 permiten que cada PAAX y el circuito de diagnóstico, respectivamente, envíen información de estado y solicitudes de interrupción al controlador 4181.
Los puertos 4143, 4153, 4163, 4173 permiten que cada uno de los bloques PAAX 4140, 4150, 4160 y el circuito 4170 de diagnóstico, respectivamente, envíen datos a través del bus 4182 de alta velocidad. Los puertos 4144, 4154, 4164, 4174 permiten que cada uno de los bloques PAAX 4140, 4150, 4160 y el circuito 4170 de diagnóstico, respectivamente, reciban datos del bus 4182 de alta velocidad.
La figura 8 es una vista en perspectiva esquemática del sistema 4000 de comunicación inalámbrica en el que cada uno de los paneles 4100 y 4200 incluye un módulo 4190, 4290 de sensor opcional, respectivamente. El módulo opcional 4190 puede estar incrustado dentro del panel 4100; y el módulo opcional 4290 puede estar incrustado dentro del panel 4200. Los módulos 4190, 4290 de sensor pueden tener la misma funcionalidad, estructura o componentes. Por ejemplo, el módulo 4190 de sensor puede incluir un procesador, como uno o más microprocesadores, y sensores y/o actuadores que realizan funciones como las siguientes: 1) monitorear la ubicación del panel; 2) monitorear la distancia a otros sistemas inalámbricos y/o dispositivos de terminal; 3) monitorear parámetros ambientales, tales como temperatura, humedad y similares; 4) detección de actividad relevante para la seguridad y la protección, como la presencia de humo o gases peligrosos o intrusos que se mueven en una habitación. El módulo 4190 puede incluir interfaces inalámbricas auxiliares, como componentes Wi-Fi, por ejemplo, un transceptor IEEE 802.11ac y/o un elemento de localización IEEE 802.11az. El módulo 4190 también puede incluir un transceptor Bluetooth. El módulo 4190 puede conectarse al panel 4100 y comunicarse con el controlador 4181 a través del puerto 4175.
La figura 9 es una ilustración esquemática contextual de una tercera red de comunicación inalámbrica de ejemplo, no de acuerdo con la invención reivindicada, en un entorno empresarial, que incluye un primer sistema 1000 de comunicación inalámbrica que se comunica con un segundo sistema inalámbrico 5000. Los sistemas 1000, 5000 brindan conectividad de alta velocidad dentro de una empresa de ejemplo. El sistema 1000 es similar en función al sistema 4000 descrito anteriormente, pero difiere en lo siguiente: 1) el sistema 1000 tiene un solo panel, montado en el lado de la habitación 3 de la pared 2000; 2) el sistema 1000 se comunica con el sistema 5000 pasando de forma inalámbrica un haz de banda en V a través de la pared 2000 hacia la habitación 4; 3) el sistema 1000 se conecta a la alimentación auxiliar y la comunicación mediante un cable Ethernet 2110 y un conector de alimentación a través de Ethernet (POE) 2120. La pared 2000 puede ser de cristal o de cualquier otro material de construcción.
En este escenario, es posible colocar el sistema 1000 en cualquier pared lateral 2000. La asimetría de los márgenes de los enlaces generalmente puede determinar qué lado es la mejor opción. En el caso de un margen de enlace débil al dispositivo 4301 de terminal y un margen de enlace de banda V fuerte al sistema 5000, puede ser mejor colocar el sistema 1000 en el lado de la habitación 3 de la pared 2000. Una vez que se ha determinado la ubicación del enlace, la circuitería y algoritmos de configuración y calibración dentro del sistema 1000 pueden reducir la potencia del enlace al nivel satisfactorio más bajo. En consecuencia, la potencia del sistema puede verse reducida.
Resolver las ecuaciones de Maxwell bajo las condiciones específicas que se aplican dentro de un entorno interior dado conduce a estimaciones útiles del margen del enlace para un sistema de comunicación dado. Las propiedades relevantes de los materiales de construcción de paredes pueden usarse para calcular los márgenes de enlace de las rutas de comunicación inalámbrica entre sistemas y dispositivos en la red. Las propiedades relevantes del material de construcción para tales cálculos pueden incluir: grosor, permitividad compleja, atenuación, tangente de pérdida y coeficiente de dispersión.
Para lograr un margen de enlace adecuado, a menudo es deseable usar matrices grandes con haces estrechos. Sin embargo, en algunas circunstancias, los haces estrechos pueden exacerbar el problema de la desalineación de los haces.
La figura 10 es una ilustración esquemática de ciertos componentes del panel 1100, incluido el módulo de comunicación por cable opcional 1090. La figura 10 muestra cómo se puede usar un circuito POE (potencia a través de Ethernet) 1093 para proporcionar potencia y datos de manera eficiente al sistema 1100. En esta configuración, el circuito POE 1093 se incluye dentro del módulo 1090, junto con un conector estándar RJ45 1095. El cable 2110 se enchufa en el conector RJ45 1095 y en un conector POE 2120 en la pared 2000 de la habitación 3.
La figura 11 es una primera vista esquemática en perspectiva de un segundo sistema 7000 de comunicación inalámbrica de ejemplo que se puede incluir en las redes inalámbricas divulgadas en el presente documento, por ejemplo, la red que se muestra en las figuras 2a-b y 9. El sistema 7000 se puede replicar y usar como cualquiera de los sistemas 1000, 4000, 5000, 5001 de la red representada en las figuras 2a-b y 9. La diferencia predominante entre el sistema 7000 y los otros sistemas inalámbricos 100, 4000 divulgados es que el sistema 7000 incluye interfaces de comunicación local de banda E o banda V para dispositivos de terminal.
El sistema 7000 incluye dos paneles separados 7100, 7200, cada uno de los cuales está montado en lados opuestos de una pared que separa la habitación 1 y la habitación 2, respectivamente. Los paneles 7100, 7200 están sustancialmente alineados entre sí de modo que los haces de ondas milimétricas relativamente estrechos puedan transferir datos con éxito entre los paneles 7100, 7200 a través de la pared. El sistema 7000 puede instalarse en dos lados de una pared que separa la habitación 1 y la habitación 2. La altura de la instalación puede ser de 2,13 m sobre el suelo, pero la altura de la instalación no está restringida a ninguna altura.
La instalación, la alineación y la configuración del sistema 7000 pueden controlarse mediante una varita separada que está en comunicación inalámbrica con los paneles 7100, 7200. La varita puede incluir una interfaz de usuario, un visualizador y una interfaz Bluetooth que se puede emparejar con cada panel 7100, 7200. Por ejemplo, la varita puede ser un 'enraizamiento' de un teléfono inteligente Nexus 6 con un sistema operativo y software de aplicación para interactuar con los paneles 7100, 7200.
La instalación y alineación de los paneles 7100, 7200 en una pared se puede lograr usando el siguiente método: 1) el panel 7100 se fija a la pared, se conecta a la corriente (toma de pared) y se enciende; 2) usando el enlace Bluetooth, el panel 7100 y la varita se emparejan; 3) el segundo panel 7200 se fija temporalmente al otro lado de la pared, se conecta a la corriente (toma de pared) y se enciende; 4) el segundo panel 7200 se mueve en la pared hasta que la varita visualice un indicador verde de "Alineación correcta"; 5) el segundo panel 7200 se fija entonces permanentemente a la pared; 6) se presiona un botón de "unirse a la red" en la varita, lo que hace que el primer y segundo panel 7100, 7200 establezcan comunicaciones entre sí y otros elementos de la red a través de los enlaces inalámbricos; y 7) la varita muestra un mensaje de "Instalación correcta" una vez que los paneles 7100, 7200 comunican a la varita a través del enlace Bluetooth que se han conectado con éxito a la red.
Una vez instalados, los paneles 7100 y 7200 componen el sistema 7000.
El sistema 7000 puede transmitir y recibir información en frecuencias de banda E hacia/desde la habitación 1 y la habitación 2. El sistema 7000 también puede transmitir y recibir tráfico de banda V dentro de la habitación 1 y la habitación 2.
En este ejemplo, cada uno de los paneles 7100, 7200 contiene tres circuitos de antenas de matriz en fase con transceptor incrustado y electrónica de control (PAAX). Con el advenimiento de la tecnología CMOS submicrónica profunda, las antenas de matriz en fase con transceptor incrustado y electrónica de control (PAAX) se han convertido en una implementación práctica.
El primer panel 7100 incluye un primer PAAX 7140, un segundo PAAX 7150 y un tercer PAAX 7160. El primer y tercer PAAx 7140, 7160 tienen cada uno dos antenas de matriz en fase en un lado del panel 7100 dirigido hacia la habitación 1. El segundo PAAX 7150 tiene dos antenas de matriz en fase en el otro lado del panel 7100 frente a la pared. Asimismo, el segundo panel 7200 incluye un primer PAAX 7240, un segundo PAAX 7250 y un tercer PAAX 7260. El primer y tercer PAAX 7240, 7260 tienen cada uno dos antenas de matriz en fase en un lado del panel 7200 dirigido hacia la habitación 2. El segundo PAAX 7250 tiene dos antenas de matriz en fase en el otro lado del panel 7200 orientadas hacia la pared.
El sistema 7000 puede configurarse de modo que el primer panel 7100 proporcione FDD dúplex completo en las frecuencias de la banda E usando el primer PAAx 7140 en la habitación 1; f Dd dúplex completo en las frecuencias de banda V usando el tercer PAAX 7160 en la habitación 1; y FDD dúplex completo en las frecuencias de banda V usando el segundo PAAX 7150 a través de la pared. Y el segundo panel 7200 proporciona FDD dúplex completo en las frecuencias de banda E usando su primer PAAX 7240 en la habitación 2; FDD dúplex completo en las frecuencias de banda V usando el tercer PAAx 7260 en la habitación 2; y FDD dúplex completo en las frecuencias de banda V usando el segundo PAAX 7250 a través de la pared.
Cada PAAX tiene una circuitería de control para configurar eléctricamente los parámetros del formador de haces. Los parámetros del formador de haces pueden controlar el ancho del haz o la dirección en la que apunta el formador de haces, o ambos. El control se puede afirmar por los siguientes medios: 1) incrustando conmutadores dentro del PAA y usando dichos conmutadores para reconfigurar los elementos conductores que componen el PAA; 2) cambio de fase de las señales enviadas o recibidas de elementos del PAA; y/o 3) generar digitalmente un retardo incremental entre las señales enviadas a elementos de antena individuales.
La diafonía entre los haces se reduce de las siguientes maneras. En primer lugar, el diseño físico de los paneles minimiza el nivel de campos Tx que ven los PAA Rx. En segundo lugar, se pueden incrustar reflectores de radiación de ondas milimétricas dentro de los paneles 7100, 7200. El grosor de los reflectores se optimiza y simula para garantizar que el beneficio de eficiencia obtenido de este modo no se anula por la degradación de la señal provocada por la propagación de rutas múltiples introducida por dichos reflectores. Y en tercer lugar, se pueden incrustar atenuadores dentro de los paneles. Los atenuadores pueden implementarse como metamateriales o mediante materiales con pérdidas convencionales.
Cada PAAX puede incluir circuitos de control de formación de haces, circuitos de accionamiento de transmisores, lentes de RF y elementos de envolvente.
Ahora se analiza el diseño de las antenas de banda V y banda E usadas en las PAAX. En algunas configuraciones, no es necesario un conmutador Tx/Rx porque los elementos de antena Tx y Rx se implementan como submatrices dentro de cada PAAX. La eliminación del conmutador Tx/Rx da como resultado la eliminación de pérdidas y parásitos asociados con el conmutador. En consecuencia, se mejora el margen del enlace.
Cada PAAX puede ser un sistema de matriz adaptativo, que usa anulación adaptativa, formación de haz y dirección de haz. Debido a que los elementos de la antena, así como los elementos del transceptor, están incrustados dentro de cada PAAX, es posible que no haya necesidad de un combinador de potencia o una línea de transmisión en el conjunto de antenas Tx. Los costos económicos y la degradación del rendimiento asociados con el combinador de potencia y dicha línea de transmisión pueden así evitarse. Cada antena puede ser una antena de matriz en fase integral dedicada según lo definido por el Instituto Europeo de Normas de Telecomunicaciones (ETSI). Cuenta con alineación automática dinámica y alineación de instalación. No se requiere que la antena sea una antena independiente o una antena de haz seleccionable. Sin embargo, algunas configuraciones del sistema 7000 se pueden construir usando antenas de haz seleccionables o antenas independientes.
En otras realizaciones, cada panel 7100, 7200 puede tener un número mayor o menor de PAAX y cada panel 7100, 7200 puede tener un número diferente de PAAx que el otro panel.
Las figuras 12 y 13 son vistas en perspectiva esquemáticas segunda y tercera, respectivamente, del segundo sistema 7000 de comunicación inalámbrica de ejemplo. Estas vistas muestran más detalles de los flujos de datos del haz inalámbrico y la estructura del sistema 7000. La tabla 2 resume los paneles y sus componentes de transmisión (Tx) y recepción (Rx) por los números de elemento que se muestran en las figuras 12 y 13, junto con los números de elemento de los haces de ondas milimétricas correspondientes.
T l 2 m n n Rx Tx l n l
Figure imgf000013_0001
En el sistema 7000 de ejemplo que se muestra en las figuras 12 y 13, hay seis enlaces inalámbricos, cada uno con un par de haces. Hay dos enlaces por habitación y dos enlaces a través de la pared. Como se muestra en la figura 12, en el primer enlace, los haces inalámbricos 7111 y 7112 transportan tráfico, incluidos datos e información de control, que fluye entre el sistema 7000 y otros sistemas de comunicación inalámbrica ubicados dentro de la habitación 1. En este ejemplo, el tráfico se transmite y recibe en frecuencias de banda E, por ejemplo, las que se muestran en la tabla 2. También en las frecuencias de la banda E, los haces 7113 y 7214 del segundo enlace transportan información que fluye a través de la pared entre los paneles 7100 y 7200 ubicados en la habitación 1 y la habitación 2. Los haces 7212 y 7211 del tercer enlace transportan tráfico que fluye entre el sistema 7000 y otros sistemas en la habitación 2. El tráfico transportado por el primer, segundo y tercero enlace inalámbrico puede transmitirse y recibirse en frecuencias de banda E, como se muestra en la tabla 2. En este ejemplo, los haces 7115 y 7116 del cuarto enlace transportan tráfico en frecuencias de banda V que fluyen entre el PAAx 7160 del primer panel 7100 y los puntos de acceso de la terminal dentro de la habitación 1. También en este ejemplo, los haces 7215 y 7216 del quinto enlace transportan tráfico en frecuencias de banda V que fluyen entre el PAAx 7260 y los puntos de acceso de la terminal dentro de la habitación 2.
Cada uno de los paneles 7100, 7200 incluye una pluralidad de receptores de ondas milimétricas (Rx) y una pluralidad de transmisores de ondas milimétricas (Tx). Las antenas de matriz en fase de cada panel 7100, 7200 pueden estar conectadas eléctricamente de forma permanente a la circuitería frontal de RF Rx o Tx, respectivamente. La correspondencia entre los circuitos RF 7101-7106 y 7201-7206 y el área de los paneles se muestra en las figuras 12 y 13 y en la tabla 2.
Cada uno de los circuitos Rx 7102, 7103, 7106, 7203, 7202, 7205 genera un flujo de bits digital respectivo que corresponde a la forma de onda de la señal de onda milimétrica (haces) que inciden en el conjunto de antenas correspondiente. La corrección de errores se puede realizar en cada uno de los flujos de bits dentro del transceptor asociado con el PAAX que contiene el circuito Rx.
El flujo de datos a través de la pared usa los segundos enlaces inalámbricos representados como haces 7113 y 7214. Para reducir la atenuación y otras formas de degradación de la señal, los haces 7113, 7214 son generalmente normales a la superficie de la pared. Los elementos PAA de cada PAAX 7150, 7250 de los paneles 7100, 7200 están alineados para garantizar que cada PAA Rx capture la mayor proporción posible de la energía emitida por el PAA Tx correspondiente del panel opuesto. La proporción de energía recibida puede depender de la forma exacta de los haces generados por los PAA Rx y Tx en los paneles 7100, 7200. El margen del enlace se puede ajustar modificando la ganancia de antena, la potencia y la figura de ruido del PAA Rx y el PAA Tx correspondiente. Por ejemplo, la ganancia de la antena se puede aumentar usando un mayor número de elementos dentro de uno o ambos PAA correspondientes de una trayectoria de haz determinada. Los datos que pasan a través de la pared pueden transmitirse de forma inalámbrica mediante banda E.
El sistema 7000 contiene circuitería digital para la administración del flujo de datos entre flujos de bits de los diversos circuitos Rx y entradas digitales de los circuitos Tx. La circuitería digital también proporciona una administración a nivel de hoja de la actividad de formación de haces y la potencia del sistema. La circuitería digital puede incluir uno o más controladores en cada panel 7100, 7200, como el control descrito en relación con la figura 1.
Son posibles otras configuraciones de los sistemas inalámbricos divulgados. Por ejemplo, los PAAX de cada panel, así como los demás componentes, se pueden colocar en diferentes disposiciones físicas en los paneles. Por ejemplo, los PAAX se pueden organizar de modo que sus pares de antenas se apilen verticalmente, en lugar de horizontalmente, como se muestra en las figuras.
Debe entenderse que, dependiendo del ejemplo, ciertos actos o eventos de cualquiera de los métodos descritos en el presente documento pueden realizarse en una secuencia diferente, pueden agregarse, combinarse o eliminarse por completo (por ejemplo, no todos los actos o eventos descritos son necesarios para la práctica del método). Además, en ciertos ejemplos, los actos o eventos pueden realizarse simultáneamente, en lugar de secuencialmente. Además, si bien ciertos aspectos de esta divulgación se describen como realizados por un solo módulo o componente con fines de claridad, debe entenderse que las funciones descritas en esta divulgación pueden ser realizadas por cualquier combinación adecuada de componentes o módulos asociados con un red de comunicación inalámbrica.
La descripción anterior es ilustrativa y no restrictiva. Aunque se han descrito ciertas realizaciones de ejemplo, a los expertos en la técnica se les ocurrirán fácilmente otras realizaciones, combinaciones y modificaciones que implican la invención en vista de las enseñanzas anteriores. Por lo tanto, la invención debe estar limitada únicamente por las siguientes reivindicaciones, que cubren una o más de las realizaciones divulgadas, así como todas las demás realizaciones y modificaciones vistas en conjunto con la especificación anterior y los dibujos adjuntos.

Claims (11)

REIVINDICACIONES
1. - Un sistema (100), que comprende:
un panel (102) que tiene un primer lado opuesto a un segundo lado;
un primer transceptor inalámbrico montado en el panel;
una primera antena (122) de matriz en fase montada en el primer lado del panel y acoplada operativamente al primer transceptor inalámbrico, adaptada para emitir un primer haz de ondas milimétricas dentro de una primera banda de frecuencia;
una segunda antena (124) de matriz en fase montada en el primer lado del panel y acoplada operativamente al primer transceptor inalámbrico, adaptada para recibir un segundo haz de ondas milimétricas dentro de una segunda banda de frecuencia;
un segundo transceptor inalámbrico montado en el panel;
una tercera antena (128) de matriz en fase montada en el segundo lado del panel y acoplada operativamente al segundo transceptor inalámbrico, adaptada para emitir un tercer haz de ondas milimétricas a través de una obstrucción, el tercer haz de ondas milimétricas dentro de la segunda banda de frecuencia;
una cuarta antena (126) de matriz en fase montada en el segundo lado del panel y acoplada operativamente al segundo transceptor inalámbrico, adaptada para recibir un cuarto haz de ondas milimétricas a través de la obstrucción, el cuarto haz de ondas milimétricas dentro de la primera banda de frecuencia;
un controlador, montado en el panel, adaptado para administrar la transferencia de datos entre el primer transceptor inalámbrico y el segundo transceptor inalámbrico;
caracterizado por comprender:
un segundo panel (104), no fijado al panel, que tiene un primer lado opuesto al segundo lado;
un tercer transceptor inalámbrico (158) montado en el segundo panel;
una quinta antena (156) de matriz en fase, acoplada operativamente al tercer transceptor inalámbrico y montada en el primer lado del segundo panel, la quinta antena de matriz en fase adaptada para emitir un quinto haz de ondas milimétricas;
una sexta antena (154) de matriz en fase, acoplada operativamente al tercer transceptor inalámbrico y montada en el primer lado del segundo panel, la sexta antena de matriz en fase adaptada para recibir un sexto haz de ondas milimétricas;
un cuarto transceptor inalámbrico (152) montado en el segundo panel;
una séptima antena (148) de matriz en fase, acoplada operativamente al cuarto transceptor inalámbrico y montada en el segundo lado del segundo panel, la séptima antena de matriz en fase adaptada para emitir el cuarto haz de ondas milimétricas;
una octava antena (150) de matriz en fase, acoplada operativamente al cuarto transceptor inalámbrico y montada en el segundo lado del segundo panel, la octava antena de matriz en fase adaptada para recibir el tercer haz de ondas milimétricas; y
medios para alinear el panel con el segundo panel, donde el panel y el segundo panel están ubicados, respectivamente, en lados opuestos de la obstrucción (108);
en el que la primera banda de frecuencia y la segunda banda de frecuencia están entre 30 GHz y 300 GHz.
2. - El sistema de la reivindicación 1, en el que el panel incluye medios para montar el panel en una pared.
3. - El sistema de la reivindicación 2, en el que el panel es sustancialmente plano.
4. - El sistema de la reivindicación 1, que comprende además:
un transceptor inalámbrico, acoplado operativamente al primer transceptor inalámbrico y al segundo transceptor inalámbrico, configurado para comunicarse con uno o más dispositivos de terminal.
5. - El sistema de la reivindicación 4, que comprende además un administrador de paquetes adaptado para administrar la transferencia de datos entre el primer transceptor inalámbrico, el segundo transceptor inalámbrico y el transceptor inalámbrico.
6. - El sistema de la reivindicación 1, que comprende además un atenuador adaptado para atenuar señales de ondas milimétricas.
7. - El sistema de la reivindicación 1, que comprende además un reflector adaptado para reflejar señales de ondas milimétricas.
8. - El sistema de la reivindicación 1, que comprende además circuitería de control adaptada para establecer parámetros de formación de haces para al menos una de la primera, segunda, tercera y cuarta antena de matriz en fase.
9. - El sistema de la reivindicación 1, en el que el panel incluye medios para montar el panel en un primer lado de una pared, y el segundo panel incluye medios para montar el segundo panel en un segundo lado de la pared.
10. - El sistema de la reivindicación 1, que comprende además:
un quinto transceptor inalámbrico montado en el segundo panel;
una primera antena, acoplada operativamente al quinto transceptor inalámbrico, adaptada para emitir una primera señal inalámbrica; y
una segunda antena, acoplada operativamente al quinto transceptor inalámbrico, adaptada para recibir una segunda señal inalámbrica.
11. - El sistema de la reivindicación 1, que comprende además:
un segundo controlador, montado en el segundo panel, adaptado para administrar la transferencia de datos entre el tercer transceptor inalámbrico y el cuarto transceptor inalámbrico.
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