ES2950592T3 - Sistema de comunicación de datos que comprende un canal principal de alta velocidad y un canal de respaldo de alta confiabilidad y baja velocidad - Google Patents

Sistema de comunicación de datos que comprende un canal principal de alta velocidad y un canal de respaldo de alta confiabilidad y baja velocidad Download PDF

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Abstract

La invención pertenece al campo técnico de los sistemas de comunicación de datos que incluyen un canal principal que comprende medios de emisión (10) para emitir una señal, medios de transmisión (20) para transmitir dicha señal y medios receptores (30) para recibir dicha señal, medios de emisión. Emitiendo señales a una frecuencia conocida. El sistema de comunicación según la invención incluye un canal de respaldo que comprende los siguientes dispositivos: un dispositivo de detención temporal (42) para detener temporalmente la señal emitida en los llamados instantes de detención durante un período constante correspondiente a la emisión de un primer número determinado de señales emitidas. señales, correspondiendo los instantes de parada a un código de tiempo de una señal de respaldo; un dispositivo sumador (43) para sumar las amplitudes de las señales recibidas, realizándose la suma sobre un segundo número determinado de señales recibidas; y un dispositivo (44) para determinar temporalmente instantes correspondientes a los mínimos de la señal sumada, teniendo dichos instantes determinados el mismo código de tiempo que los instantes de parada. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN
Sistema de comunicación de datos que comprende un canal principal de alta velocidad y un canal de respaldo de alta confiabilidad y baja velocidad
El campo de la invención es el de los sistemas de comunicaciones en sentido amplio. Puede aplicarse a los sistemas de comunicaciones de alta velocidad y, en particular, a los sistemas de comunicaciones por fibra óptica. En la Figura 1, se muestra brevemente el diagrama general de un sistema de comunicaciones ópticas. Típicamente comprende medios de transmisión 1, medios de transmisión 2 y medios de recepción 3. Los medios de transmisión generan una señal codificada Se, que puede estar codificada en amplitud, frecuencia o fase. Cualquiera que sea el tipo de transmisión, pueden producirse interferencias que desordenen la señal transmitida, y la señal recibida es entonces S+B, siendo B representativa del ruido introducido.
En un cierto número de aplicaciones de telecomunicaciones, es necesario disponer de un enlace de servicio o de respaldo que sea más robusto a las perturbaciones externas que el enlace principal, de modo que una cierta cantidad de información pueda seguir transitando cuando el enlace principal se vea perturbado. Esta información puede tener una velocidad inferior a la del canal principal.
Una primera solución consiste en establecer un canal de comunicación auxiliar independiente del canal principal. Esta solución es comprensiblemente compleja de aplicar. Una segunda solución consiste en modificar las características del canal principal, lo que puede presentar otros inconvenientes, sobre todo en lo que se refiere a los componentes de codificación y descodificación.
El sistema de comunicación según la invención no tiene las desventajas anteriores. Se basa esencialmente en la interrupción de la transmisión del canal principal en instantes predefinidos durante duraciones conocidas, siendo el posicionamiento temporal de las interrupciones representativo de una señal de respaldo, la identificación específica de estas interrupciones permite aumentar significativamente la relación señal/ruido, siendo así la señal de respaldo mucho más robusta frente a las perturbaciones.
Más concretamente, el objeto de la invención es un sistema de comunicaciones de datos que comprende un canal principal que comprende medios de transmisión de una señal, medios de transmisión de dicha señal y medios de recepción de dicha señal, transmitiendo los medios de transmisión señales a una frecuencia conocida, caracterizado porque el sistema de comunicaciones comprende un canal de respaldo que comprende los siguientes dispositivos:
un dispositivo para detener temporalmente la señal transmitida en los llamados instantes de parada durante una duración constante correspondiente a la transmisión de un número determinado de señales transmitidas, correspondiendo los instantes de parada a una codificación temporal de una señal de respaldo;
un dispositivo para sumar las amplitudes de las señales recibidas, realizándose la suma sobre un segundo número determinado de señales recibidas, siendo dicho segundo número inferior o igual a dicho primer número ;
un dispositivo de determinación temporal de los instantes correspondientes a los mínimos de la señal sumada, teniendo dichos instantes determinados la misma codificación temporal que los instantes de parada.
Ventajosamente, el número determinado de señales transmitidas está comprendido entre 100 y 1000.
Ventajosamente, los instantes de parada se codifican por modulación de posición de impulsos.
Ventajosamente, la señal o señales emitidas justo antes del instante de parada tienen un formato conocido para evitar cualquier ambigüedad sobre el instante de parada.
Ventajosamente, la codificación de la señal es del tipo "Retorno a Cero" o "RZ".
Ventajosamente, la suma es deslizante, siendo el segundo número determinado igual al primer número determinado. Ventajosamente, la suma se realiza periódicamente, correspondiendo el período a la duración de la transmisión del segundo número determinado de señales recibidas, siendo el segundo número determinado igual a la mitad del primer número determinado.
Ventajosamente, el sistema es un sistema de comunicaciones ópticas, siendo el medio de transmisión de la señal una fibra óptica.
La invención se comprenderá mejor y otras ventajas resultarán evidentes a partir de la siguiente descripción no limitativa y de las figuras adjuntas, incluyendo:
La figura 1 muestra el diagrama general de un sistema de comunicaciones según el estado de la técnica; La figura 2 muestra el diagrama general de un sistema de comunicaciones según la invención que comprende un canal de respaldo;
La figura 3 muestra las señales transmitidas y las señales recibidas en el canal de respaldo en función del tiempo;
La figura 4 muestra la codificación temporal de la señal de respaldo en transmisión y en recepción.
El sistema de comunicación de respaldo según la invención funciona con todos los tipos de transmisores y receptores, ya sean electrónicos u ópticos, y con todos los tipos de codificación digital. Por ejemplo, la codificación de la señal puede ser modulación de amplitud, modulación de frecuencia o modulación de fase.
A modo de ejemplo, la codificación de la señal es del tipo "RZ". Esta codificación es una codificación de amplitud en la que la amplitud de un "uno" binario es A, la amplitud de un "cero" binario es -Ay en la que, tras la transmisión de un bit, la señal vuelve sistemáticamente a cero. Por supuesto, son posibles otras codificaciones. En el resto de la descripción, se supone que la codificación es de tipo RZ.
El canal de respaldo comprende un transmisor 40 que transmite señales binarias. Estas señales de respaldo transmiten información más rudimentaria que el canal de transmisión principal. Su velocidad suele ser entre cien y mil veces menor que el del canal principal. Estas señales se transforman en instantes representativos anotados ti por medios electrónicos 41. La posición de estos instantes en una escala temporal es representativa de la señal de respaldo. La codificación suele ser de modulación de posición de impulsos, conocida por las siglas "PPM" de "Pulse Position Modulation" (modulación de posición de impulsos). Los principios generales de este tipo de codificación son conocidos por los expertos en la materia.
A modo de un primer ejemplo, la Figura 2 muestra el diagrama general de un sistema de comunicaciones según la invención que comprende un canal de respaldo que funciona con una suma deslizante de señales. El canal de comunicación principal comprende un transmisor 10, un enlace de transmisión 20 y un receptor 30.
Los medios electrónicos 41 controlan un conmutador 42 que suspende la señal de transmisión en cada instante ti durante una duración constante P. Esta duración constante corresponde a la transmisión de un primer número de señales de transmisión. Generalmente, este tiempo corresponde a la duración de varios cientos de señales de transmisión. El gráfico de la parte superior de la figura 3 muestra la variación en el tiempo de la amplitud de la señal transmitida S en el enlace de transmisión 20. En la figura 3 y la siguiente, las unidades de tiempo y amplitud son arbitrarias. Antes del instante ti, las señales se transmiten normalmente. Entre el instante ti y el instante ti+P, no hay transmisión de señal en la línea. Después del instante ti+P, la transmisión de la señal se reanuda normalmente. El canal de respaldo también incluye medios de recepción que comprenden esencialmente tres dispositivos principales. El primer dispositivo 43 realiza una suma deslizante I de las señales recibidas por el receptor 30 durante el mismo tiempo constante P. Por suma deslizante se entiende una sucesión de sumas de señales, cada suma comprendiendo el mismo número de señales, siendo cada suma diferente de la anterior en que contiene una señal de tiempo nuevo más y una señal de tiempo antiguo menos.
Mientras se transmiten señales, esta suma deslizante I varía poco con el tiempo porque incluye un gran número de señales recibidas. Cuando se interrumpe la señal, el valor de esta suma disminuye casi linealmente hasta un nivel próximo a cero, que representa el ruido de la línea de transmisión. Si la última señal recibida fue en el instante tj, el mínimo de la suma se sitúa en el instante tj+P. Esta variación de la suma deslizante de señales en función del tiempo se ilustra en el gráfico de la parte inferior de la Figura 3. Después, cuando se retransmiten las señales, esta suma vuelve casi linealmente a su nivel original, que alcanza en el instante tj+2P. En consecuencia, la amplitud de la suma deslizante comprende Vs simétricas de intensidad decreciente, siendo el instante correspondiente al pico de la V representativo del instante de interrupción de la señal principal.
La función del dispositivo 44 es fechar estos mínimos de suma deslizante. Para determinar estos mínimos, basta con comparar los valores de las sumas deslizantes sucesivas. Las posiciones temporales de estos mínimos corresponden exactamente a las de la señal de respaldo. Simplemente se desplazan en el tiempo.
La figura 4 ilustra este principio. Se compone de dos gráficos. El gráfico superior muestra la amplitud de las señales de respaldo transmitidas y el inferior, la amplitud de las señales de respaldo recibidas en función del tiempo. Por ejemplo, las señales de respaldo se envían en los instantes ti, ti+t1, ti+t2, ti+t3 y ti+t4. Se descodifican en los instantes tj, tj+t1, tj+t2, tj+t3 y tj+t4. Como vemos, los tiempos que separan los instantes de transmisión corresponden a los tiempos que separan los instantes de recepción. Conociendo la codificación utilizada y conociendo los instantes de recepción, el dispositivo 45 reconstituye entonces la señal horaria de respaldo.
En el caso general, la suspensión de la señal de transmisión para duraciones constantes P no plantea problemas de gestión particulares.
Para aumentar la precisión de la datación de los instantes de interrupción, es útil asegurarse de que la señal o señales transmitidas justo antes de los instantes de parada tengan un formato conocido para evitar cualquier ambigüedad sobre estos instantes de parada. Por ejemplo, en el caso de la codificación RZ, es posible dividir la información "cero" en varios bloques distribuidos de tal manera que la identificación y el posicionamiento temporal sean inequívocos.
Este tipo de codificación tiene muchas ventajas. Una de las principales ventajas es que aumenta considerablemente la relación señal/ruido. Por ejemplo, si la señal es del tipo RZ, si un periodo de duración P contiene n señales binarias que valen "1" o "0", podemos estimar que, para una primera mitad de la duración del periodo P, la señal es "1" y que, para la segunda mitad, la señal es "0" si n es suficientemente grande. Tras la detección, la señal "1" corresponde a una amplitud S y la señal "0" corresponde a una amplitud B correspondiente al ruido del sistema de comunicaciones. La relación señal/ruido Rsb suele ser:
Figure imgf000004_0001
Cuando hay una transmisión, la suma de las señales a lo largo del periodo P está formada por la mitad de señales con una amplitud S y la mitad de señales con una amplitud aleatoria B. Sabemos que la suma de n señales aleatorias de amplitud media B tiene una amplitud media . En consecuencia, el valor de la suma Ze de las señales a lo largo de un período P es:
Figure imgf000004_0002
Cuando no hay transmisión durante un periodo P, la suma I ne de las señales a lo largo de un periodo P corresponde al sumatorio del ruido y es igual a:
Figure imgf000004_0003
En este caso, la relación señal/ruido R i es:
Figure imgf000004_0004
O bien
Figure imgf000004_0005
En consecuencia, esta relación señal/ruido es aproximadamente 2 superior a la relación señal/ruido de las señales transmitidas. Por ejemplo, si n es 400, la relación señal/ruido se multiplica por 10. Esto significa que el canal de respaldo es mucho más resistente al ruido que el canal principal. En este ejemplo, si el ruido es del mismo orden de magnitud que la señal principal, lo que la hace totalmente inutilizable, la relación señal/ruido del canal de respaldo será de 10 y aún será posible utilizarlo.
Este modo de transmisión presenta otras ventajas. Es fácil de instalar y sólo requiere pequeñas adaptaciones en la electrónica de transmisión y recepción.
Como segundo ejemplo, la suma deslizante del ejemplo anterior puede sustituirse por una suma efectuada periódicamente, correspondiendo el período a la duración de transmisión de un segundo número determinado de señales recibidas, siendo el segundo número determinado igual a la mitad del primer número determinado.
Por este medio, cuando se produce una parada de transmisión de una duración igual a la transmisión de un primer número determinado de señales, existe necesariamente una suma que comprende sólo ruido y ninguna señal. Esta suma mínima es fácil de determinar. El instante medio correspondiente a esta suma es representativo de un instante de interrupción de la señal. En comparación con la solución anterior, la determinación de los instantes de parada es menos precisa y la ganancia en relación señal-ruido es ligeramente inferior. Sin embargo, esta solución técnica es un poco más sencilla de aplicar.
Una de las ventajas del sistema de comunicaciones según la invención es que no introduce modificaciones en la señal principal, sino sólo interrupciones de la señal, que son mucho más fáciles de gestionar que la codificación de la propia señal. Es totalmente independiente de la codificación principal. Esto significa que puede utilizarse con una señal cifrada sin necesidad de conocer la clave de cifrado, sólo la codificación del canal de respaldo.
El sistema de comunicaciones puede ser un sistema de comunicaciones electrónicas, con señales transmitidas por aire o por cable.
El sistema de comunicaciones también puede ser un sistema de comunicaciones ópticas, siendo el medio de transmisión de la señal una fibra óptica o una red de fibras ópticas.

Claims (8)

REIVINDICACIONES
1. Sistema de comunicación de datos que comprende un canal principal que comprende medios (10) para transmitir una señal periódica, medios (20) para transmitir dicha señal y medios (30) para recibir dicha señal, transmitiendo los medios de transmisión señales a una frecuencia conocida, caracterizado porque el sistema de comunicaciones comprende un canal de respaldo que comprende los siguientes dispositivos :
un dispositivo (42) para detener temporalmente la señal transmitida en los llamados instantes de parada durante una duración constante correspondiente a la transmisión de un primer número determinado de señales transmitidas, correspondiendo los instantes de parada a una codificación temporal de una señal de respaldo;
un dispositivo (43) para sumar las amplitudes de las señales recibidas, realizándose la suma sobre un segundo número determinado de señales recibidas, siendo dicho segundo número inferior o igual a dicho primer número;
un dispositivo (44) de determinación temporal de los instantes correspondientes a los mínimos de las señales sumadas, teniendo dichos instantes determinados la misma codificación temporal que los instantes de parada.
2. Sistema de comunicación de datos según la reivindicación 1, caracterizado porque el número determinado de señales transmitidas está comprendido entre 100 y 1000.
3. Sistema de comunicación de datos según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la codificación de los instantes de parada se efectúa por modulación de posición de impulsos.
4. Sistema de comunicación de datos según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la señal o señales transmitidas justo antes del instante de parada tienen un formato conocido para evitar cualquier ambigüedad sobre el instante de parada.
5. Sistema de comunicación de datos según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la codificación de la señal es del tipo "Retorno a Cero" o "RZ".
6. Sistema de comunicación de datos según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la suma es deslizante, siendo el segundo número determinado igual al primer número determinado.
7. Sistema de comunicación de datos según las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque la suma se realiza periódicamente, correspondiendo el período a la duración de la transmisión del segundo número determinado de señales recibidas, siendo el segundo número determinado igual a la mitad del primer número determinado.
8. Sistema de comunicación de datos según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el sistema es un sistema de comunicación óptica, siendo el medio de transmisión de la señal una fibra óptica.
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