ITBG20090013A1 - Sistema di protezione per ponti radio digitali a modulazione adattativa operanti in diversita' - Google Patents

Description

“Sistema di protezione per ponti radio digitali a modulazione adattativa operanti in diversità'

DESCRIZIONE

La presente invenzione si riferisce ad un sistema di protezione per ponti radio digitali a modulazione adattativa operanti in diversità e al relativo metodo.

Nei sistemi in ponte radio punto-punto si devono a volte realizzare collegamenti che richiedono alte prestazioni degli apparati, per poter contrastare i problemi dovuti ai deterioramenti del canale trasmissivo, specialmente dovuti ad echi ed attenuazioni supplementari da multitraiettorie.

Per ottenere tali prestazioni vengono ad esempio usati sistemi a modulazione adattativa (o variabile) nei quali si cambia il tipo di modulazione in relazione allo stato di qualità del canale. In normali condizioni di propagazione viene usata la modulazione che à ̈ in grado di trasportare la maggiore quantità di informazione: quando poi il canale si viene a trovare in condizioni di propagazione degradate la modulazione viene modificata verso tipi di complessità inferiore e più robusti verso il rumore.

E' anche consueto l’uso di sistemi in diversità, di spazio e/o frequenza. Questo implica trasmettere più segnali radio portanti la stessa informazione o almeno produrre in ricezione una molteplicità di segnali radio portanti la stessa informazione.

Su questa molteplicità di segnali ricevuti, si opera con vari metodi per ricostruire al meglio l'informazione originale.

Si provvede a scambiare i canali, scegliendo quello che presenta la migliore qualità, oppure si effettua una combinazione degli stessi.

La commutazione tra i vari canali viene effettuata con sistemi tali da presentare, all'uscita dello scambio, una continuità di decodifica del flusso dati, che non risenta di errori dovuti alla commutazione, che pertanto viene definita di tipo "hitless".

Il metodo hitless, incontra complicazioni di costo e di elaborazione quando il sistema in ponte radio à ̈ anche a modulazione adattativa.

Infatti, se la qualità del canale in uso diminuisce, non si deve cambiare canale se esiste ancora una modulazione inferiore applicabile, la cui qualità risulti però superiore a quella dei rimanenti canali, che possono trovarsi in condizioni ancora peggiori.

Inoltre, nel caso di guasto improvviso del canale in uso, la metodologia hitless non garantisce un flusso continuo di dati in uscita, in quanto la commutazione avverrà dopo la rilevazione del guasto e dopo l’allineamento.

Scopo della presente invenzione à ̈ quello di provvedere ad un sistema di protezione per ponti radio digitali a modulazione adattativa operanti in diversità, e che non abbia gli inconvenienti dell'arte nota.

Altro scopo à ̈ quello di provvedere ad un sistema in grado di fornire una protezione hitless, con modulazione adattativa, anche in caso di guasto del canale in uso.

Ulteriore scopo à ̈ quello di provvedere ad una combinazione in banda base dei segnali ricevuti che sia di semplice realizzazione e che consenta nello stesso tempo di ottenere notevoli prestazioni.

In accordo con la presente invenzione, tali scopi ed altri ancora vengono raggiunti da un metodo in accordo alla rivendicazione 1 .

Ulteriori caratteristiche dell'invenzione sono descritte nelle rivendicazioni dipendenti.

In accordo alla presente invenzione, si mantengono i canali trasmessivi alla stessa modulazione e portanti gli stessi pacchetti di informazione a prescindere dalle condizioni individuali del proprio canale fisico a radio frequenza. Ciò à ̈ ottenuto grazie ad un unico segnale di controllo della modulazione adattativa, che la gestisce secondo i criteri già noti ed esistenti nel caso di canale non ridondato.

Inoltre, non viene richiesta la realizzazione di uno scambio secondo le tipologie “hitless†, e quindi non sono necessari gli allineamenti di sincronismo tra i canali.

Il guasto, anche improvviso, di uno dei due canali, non impedisce al combinatore di fornire un segnale di uscita combinato, avendo il combinatore provveduto in modo continuo, dopo il guasto, a servirsi del segnale rimasto integro, senza quindi la necessità di quei segnali di allarme di allineamento necessari a uno scambio hitless tradizionale.

Si ottiene quindi un sistema di protezione molto semplificato.

Le caratteristiche ed i vantaggi della presente invenzione risulteranno evidenti dalla seguente descrizione dettagliata di una sua forma di realizzazione pratica, illustrata a titolo di esempio non limitativo negli uniti disegni, nei quali:

la figura 1 mostra schematicamente un ponte radio in accordo alla presente invenzione;

la figura 2 mostra schematicamente un dettaglio del ponte radio di figura 1 , relativo ad un combinatore in banda base, in accordo alla presente invenzione.

Riferendosi alle figure allegate, un ponte radio, in accordo alla presente invenzione, comprende, dal lato trasmissione, una sorgente di dati a pacchetto 10 connessa ad un blocco di gestione dei pacchetti 11 in cui i pacchetti vengono classificati secondo una gerarchia di importanza, in base alla quale viene stabilito quali possono essere persi nel corso del periodo di degrado.

Il segnale viene trasferito quindi al blocco 12, che provvede quindi a passare il flusso di dati ai singoli sistemi di trasmissione a modulazione adattativa.

Il blocco 12 comprende un divisore 13 per instradare lo stesso segnale ai blocchi di modulazione e trasmissione 14, 15 e 16.

I blocchi di modulazione e trasmissione 14, 15 e 16 comprendono, ognuno, un modulatore adattativo (ACM) ed un trasmettitore, e sono collegati ad un sistema radiante 17. Il ponte radio, in accordo alla presente invenzione, comprende, dal lato ricezione, un sistema ricevente 20.

II sistema ricevente alimenta il blocco di ricezione 21 , che comprende una pluralità di blocchi 22, 23 e 24 di ricezione e demodulazione.

In particolare, il blocco 22, a differenza dei blocchi 23 e 24 comprende in aggiunta un combinatore in banda base.

Si notano dei collegamenti 25 tra i blocchi 22, 23 e 24, descritti dettagliatamente nel seguito.

. L’uscita del blocco 21 restituisce i dati ricostruiti secondo la disponibilità ottenuta dal complesso dei canali usati in diversità.

La figura 2 mostra schematicamente il dettaglio del combinatore in banda base del ponte radio precedentemente descritto. Per semplicità di descrizione si à ̈ considerata la presenza di soli due blocchi 22 e 23 di ricezione e demodulazione. L’estensione a più blocchi risulterà ovvia.

Una antenna di ricezione 30 Ã ̈ connessa ad un ricevitore 31 e quindi ad un demodulatore 32.

Il demodulatore 32 Ã ̈ connesso ad un equalizzatore 40.

L’uscita degli equalizzatori 40 e 42 sono connessi ad un sommatore 44.

L’uscita del sommatore 44 à ̈ connessa ad un decisore 46, e ad un unico gestore della modulazione 47.

Il decisore 46 ha un uscita 48 dei dati decisi ed una uscita 49, su cui à ̈ presente il valore dell’errore err calcolato, connessa agli equalizzatori 40 e 42. Il valore dell’errore err à ̈ utilizzato come controllo di retroazione dei coefficienti degli equalizzatori 40 e 42 ed à ̈ usato per aggiornarli.

Una antenna di ricezione 33 Ã ̈ connessa ad un ricevitore 34 e quindi ad un demodulatore 35 a sua volta collegato a un equalizzatore 42.

Gli equalizzatori 40 e 42 sono equalizzatori adattativi a quattro dimensioni (4D) che corrispondono ad una struttura trasversale avente un adattamento dei coefficienti a quattro dimensioni (complessi) e a spaziatura di simbolo o inferiore.

I demodulatori 32 e 35 forniscono i segnali demodulati in banda base comprensivi dei recuperi di sincronismo ed eventualmente fanno uso dei metodi noti per contrastare le distorsioni di canale dovute a multitraettorie. L'uscita dei demodulatori fornisce a periodo di simbolo e in modo autonomo, senza cioà ̈ necessitare di controreazioni provenienti dal blocco 22, la successione della ricostruzione individuale migliore possibile dei simboli trasmessi, contenente il rumore eventualmente presente.

II funzionamento del sistema secondo l’invenzione appare evidente da quanto descritto ed illustrato e, in particolare, à ̈ sostanzialmente il seguente.

La gestione della modulazione adattativa à ̈ unica ed à ̈ demandata al segnale generato dal gestore della modulazione 47, che viene inviato ai blocchi di modulazione e trasmissione 14, 15 e 16. Un solo segnale di comando à ̈ attivo per tutti i trasmettitori presenti.

Normalmente questa informazione à ̈ inviata con altre informazioni di servizio mediante un collegamento di ritorno non esplicitamente raffigurato.

Quindi, la modulazione à ̈ identica per ogni modulatore presente nel ponte radio, ossia tutti i canali in diversità hanno lo stesso tipo di modulazione.

Per determinare la scelta del tipo di modulazione, non viene valutata la qualità del segnale uscente dai demodulatori, ma quella sensibilmente migliorata rispetto al migliore di essi, grazie al fatto intrinseco dato dalla somma combinata dei segnali. Tale miglioramento si ha anche in caso di mancanza di diversificazione come nel caso di pioggia. E’ matematicamente noto infatti che la somma in ampiezza di due repliche dello stesso segnale, affette da rumore, somma i rumori solo secondo la potenza media, alla fine incrementando così il rapporto segnale/rumore.

In seguito all'uso degli equalizzatori 40-42 all'uscita 48 sarà presente un segnale combinato, dei segnali ricevuti dalle antenne di ricezione 30 e 33.

Il divisore 13 Ã ̈ solo un nodo di distribuzione.

In conclusione, connessi all’antenna di ricezione 33, sono presenti solo il ricevitore 34 e il demodulatore 35, necessari per poter realizzare la combinazione dei segnali grazie ai circuiti degli equalizzatori 40, 42 ed al sommatore 44.

In sede di trasmissione può essere presente anche un solo trasmettitore ed attuare in ricezione la diversità spaziale mediante più antenne.

La successione dei simboli demodulati, entra negli equalizzatori 40 e 42, che sono costituiti da un filtro FI R (Finite Impulse Respone) a quattro dimensioni a coefficienti variabili e a spaziatura di simbolo o inferiore. Essi sono in grado di fornire in uscita un segnale equivalente (ricalcolato) a quello di ingresso modificato da uno spostamento temporale, da una variazione di livello e da una rotazione di fase.

Nel caso di modulazione in quadratura, il sommatore 44 somma sia le parti reali che le parti immaginarie dei segnali tra loro.

L'uscita del sommatore 44 viene inviata al blocco di decisione 46 e al gestore della modulazione 47.

Il gestore della modulazione 47 valuta la qualità del segnale ricevuto per determinare quale tipo di modulazione utilizzare, ed invia un unico segnale 50. Il segnale 51 , ricevuto dal lato trasmettitori, viene utilizzato per tutti i trasmettitori presenti in modo tale che tutti avranno lo stesso tipo di modulazione.

Vantaggiosamente, gli equalizzatori 40-42 possono essere di struttura semplice e classica a spaziatura singola, cioà ̈ non FSE (Fractionally Spaced Equalizer) ma processanti un unico campione per periodo di simbolo. La particolarità del funzionamento non richiede che la spaziatura dei coefficienti sia inferiore al tempo di simbolo.

Quindi ogni coefficiente C dell'equalizzatore 4D, in posizione di ritardo temporale m à ̈ un vettore definito, secondo l'arte nota, come:

e all'istante (n 1)*T può essere aggiornato, a titolo di esempio, usando l'errore calcolato, come:

dove

stsz à ̈ un fattore di compressione costante (ad esempio = 10<"5>) ,

err à ̈ l'errore di calcolo all'istante (n 1)T, tale operazione à ̈ da ripetersi per ogni segnale sn.

E’ stato omesso l’indice di posizione m , intendendo quindi che l'aggiornamento del coefficiente di posizione m si serve del campione di ritardo temporale della posizione m del segnale s, secondo la nota arte degli equalizzatori.

Il segnale complesso in uscita dall'equalizzatore 4D, sarà quindi definito come:

Con pedice n si intende l'istante n di campionamento. Il decisore 46 calcola l'errore err su cui si basa il funzionale, da usarsi per l'aggiornamento dei coefficienti.

Un esempio di funzionale minimizzabile nel calcolo dell'errore à ̈ secondo il metodo MSE (errore quadratico medio), che risulta come segue

Re(err) - Re(sc)-Re(sd)

Im(err) = lm(sc)-lm(sd)

Dove

se à ̈ il segnale combinato ed sd il segnale cosiddetto deciso.

Il sistema qui descritto non verrà ulteriormente dettagliato in quanto un tecnico esperto del ramo, basandosi su quanto sopra esposto, à ̈ in grado di realizzarlo secondo i noti dettagli costruttivi e la specifica necessità.

Claims (1)

1. RIVENDICAZIONI 1 . Metodo di protezione per ponti radio digitali a modulazione adattativa operanti in diversità comprendente le fasi di: modulare un segnale per mezzo di almeno un modulatore; trasmettere detto segnale modulato; ricevere detto segnale trasmesso e fornire un primo segnale a radio frequenza ed un secondo segnale a radio frequenza; fornire un primo segnale demodulato in banda base proveniente da detto primo segnale a radio frequenza; fornire un secondo segnale demodulato in banda base proveniente da detto secondo segnale a radio frequenza; detto primo e secondo segnale a radio frequenza portano la stessa informazione; equalizzare adattativamente detto primo segnale demodulato e fornire un primo segnale equalizzato; equalizzare adattativamente detto secondo segnale demodulato e fornire un secondo segnale equalizzato; sommare detto primo e detto secondo segnale equalizzato e fornire un segnale somma; calcolare l’errore di detto segnale somma e fornire un segnale indicativo dell'errore a detto primo e secondo equalizzatore adattativo; detto primo e secondo equalizzatore adattativo comprendono un equalizzatore a quattro dimensioni, corrispondenti ad una struttura trasversale avente un adattamento dei coefficienti a quattro dimensioni; detto primo e detto secondo segnale equalizzato sono definiti come caratterizzato dal fatto di comprendere le fasi di calcolare un solo segnale di controllo di modulazione (50, 51 ) da detto segnale somma (ss) e di alimentare detto singolo segnale di controllo di modulazione (50, 51 ) a detto almeno un modulatore (14, 15), in modo che anche un guasto improvviso in uno dei due canali non impedisce al combinatore di fornire un segnale continuo di uscita, lavorando come un dispositivo di commutazione hitless.