ITMI981699A1

ITMI981699A1 - Metodo e dispositivo per lo scambio bidirezionale di dati lungo lineee elettriche di bassa e media tensione

Info

Publication number: ITMI981699A1
Application number: IT98MI001699A
Authority: IT
Inventors: Giovanni Guidotti; Angelo Leva
Original assignee: Alsthom Cge Alcatel
Priority date: 1998-07-23
Filing date: 1998-07-23
Publication date: 2000-01-23
Also published as: AU4108499A; EP0975097A2; CA2277741A1; ITMI981699A0; JP2000078062A; CN1251957A; EP0975097A3

Description

DESCRIZIONE

La presente invenzione riguarda il campo della trasmissione bidirezionale di informazioni e dati. Più in particolare riguarda un metodo ed un dispositivo per scambiare bidirezionalmente e ad alta velocità servizi, informazioni e dati tra un gestore di un servizio (“service provider”) c un utente, su un sistema di comunicazione comprendente una comune rete elettrica di alimentazione in corrente alternata ed a bassa (o media) tensione.

Le linee di alimentazione (“power lines”) servono generalmente per distribuire l’alimentazione elettrica agli edifici (residenziali, industriali, ecc.) ma sono state considerate da qualche anno anche come mezzo per scambiare segnali elettrici di diversa natura. Dapprima i gestori delle power lines hanno utilizzato la rete per fare l’interrogazione ciclica (o “polling”) dei contatori elettrici da zone remote ma poi hanno pensato di utilizzarla per fornire servizi interattivi all’utente. A questo proposito sono noti i risultati della NORWEB che, con le tradizionali tecniche di modulazione di segnale su portante unica ma “condizionando” la rete e su una utenza molto limitata, garantisce una velocità di scaricamento (o “downloading”) dei dati di circa 1 Mbps per utente.

La rete di alimentazione è solitamente costituita da una coppia o una tema di fili di rame, generalmente non schermati, che giungono direttamente all’utente e che sono collegati all’utenza tramite un contatore che misura il consumo. Il citato “condizionamento” della rete per la realizzazione del sistema della NORWEB prevede l’applicazione in casa di tutti gli utenti collegati al trasformatore da media a bassa tensione delle cosidette unità di condizionamento o “conditioning units” cioè di filtri passa-basso insieme a filtri passa-alto capaci di separare il segnale alla frequenza di 50 Hz destinato alla alimentazione di potenza dal segnale a frequenze superiori e di potenza più debole destinato alla comunicazione col gestore del servizio, oltre che ovviamente di appositi apparecchi trasmettitori/ricevitori.

In buona sostanza quindi benché le tecniche esistenti permettano l’uso di power lines per la trasmissione di dati ed informazioni, la velocità di downloading risulta troppo bassa per lo scambio di servizi multimediali e simili. Inoltre il numero di bit trasmessi per ogni utente è funzione del numero di utenti collegati a una stessa sorgente e quindi risente della struttura della rete.

Scopo principale della presente invenzione è pertanto individuare un metodo di trattamento di un segnale numerico da trasmettere su comuni reti di alimentazione (power lines) per permettere uno scambio bidirezionale di grandi quantità di informazioni ad alta velocità (“alta bit-rate”) tra utente e gestore del servizio o tra più utenti.

Scopo ulteriore della presente invenzione è pertanto individuare un dispositivo per lo scambio bidirezionale di dati lungo linee elettriche di bassa tensione per permettere uno scambio bidirezionaie di grandi quantità di informazioni ad alta velocità (“alta bit-rate”) tra utente e gestore del servizio o tra più utenti.

Gli scopi di cui sopra, oltre ad altri, vengono brillantemente raggiunti mediante un metodo per trasmettere segnali numerici da una sorgente centrale numerica o numerizzata di dati ad un utente attraverso l’uso di linee elettriche di alimentazione come indicato nella rivendicazione 1, un metodo per ricevere segnali numerici trasmessi ad un utente da una sorgente centrale numerica o numerizzata di dati attraverso l’uso di linee elettriche di alimentazione come indicato nella rivendicazione 2, un metodo per trasmettere segnali numerici da un utente ad una unità centrale attraverso l’uso di linee elettriche di alimentazione secondo la rivendicazione 3, un metodo per ricevere segnali numerici trasmessi da un utente ad una unità centrale attraverso l’uso di lince elettriche di alimentazione secondo la rivendicazione 4 e un dispositivo di trasmissione/ricezione attraverso linee elettriche di alimentazione come indicato nelle rivendicazioni 9 e 10.Ulteriori caratteristiche vantaggiose deH’invenzÌone vengono indicate nelle rispettive rivendicazioni dipendenti.

Segue ora una dettagliata descrizione della presente invenzione, data a puro titolo esemplificativo e non limitativo e da leggersi con riferimento alle annesse figure in cui:

- la Fig. 1 illustra in modo estremamente schematico un generico sistema di distribuzione dell’alimentazione di bassa o media tensione;

- la Fig. 2 illustra, ancora in modo schematico, una rete di trasmissione bidirezionale di segnali utilizzando linee di alimentazione;

- la Fig. 3 rappresenta uno schema di principio di generazione del segnale OFDM;

- la Fig. 4 rappresenta lo schema a blocchi funzionali principali costituenti il modulatore; - la Fig. 5 illustra in modo schematico uno schema tipico di cabina primaria;

- la Fig. 6 illustra in modo schematico uno schema tipico di cabina secondaria;

- la Fig. 7 illustra in modo schematico un dispositivo di accoppiamento;

- la Fig. 8 illustra lo schema di accesso secondo le tecniche considerate dalla presente invenzione; e

- la Fig. 9 rappresenta una nota unità di condizionamento.

La Figura 9 mostra una nota unità di condizionamento, CU. In sostanza si tratta di filtri passa alto (HPF o High Pass Filler) o passa basso (LPF o Low Pass Fi Iter) capaci di separare il segnale (Power Signal) alla frequenza di 50 Hz destinato all’alimentazione di potenza da quello (Communication Signal) a frequenze superiori e di potenza più debole destinato alla comunicazione tra il gestore del servizio e l 'utilizzatore (Customer).

La Figura 1 descrive lo schema generale di un generico sistema di distribuzione dell’alimentazione di bassa tensione ma le stesse considerazioni sono facilmente applicabili alla rete di distribuzione di media tensione. In tale figura sono presenti: un trasformatore da media a bassa tensione (blocco contrassegnato con “MV/LV”) che separa le due reti di distribuzione, quella intermedia del gestore del servizio e quella finale verso l’utenza; una linea principale ML di distribuzione dell’energia a cui i vari utenti si connettono in parallelo, chiamata anche “dorsale di distribuzione”; una pluralità di utilizzatori connessi in parallelo, cioè senza sezionamento, alla dorsale di distribuzione e ciascuno rappresentato da un blocco contrassegnato con US.

Numerosi lavori di ricerca, facilmente reperibili in letteratura, dimostrano come i parametri di trasmissione su queste reti siano fortemente dipendenti dai disadattamenti di impedenza che si verificano in modo casuale ed in corrispondenza di variazioni del carico elettrico, ossia del numero, tipo e posizione di connessione degli apparati elettrici in uso all’utenza (si veda ad esempio Masaoki Tanaka, "High frequency noise power spectrum, impedance and transmission loss of power line in Japan on intrabuilding power line Communications", IEEE Transactions on Consumer Electronics, Voi.34, No.2, May 1988). La prima idea per limitare questi effetti non prevedibili ed indesiderati è stata quella di sostituire i normali contatori dell’utente con apparati (distributori multimodo) in grado di separare la distribuzione dei servizi nel punto finale di fruizione per ottenere così un isolamento dei possibili disturbi in casa dell’utente ed un adattamento di impedenza di una rete sull’altra (rete del gestore e rete dell’utente). Questo viene mostrato schematicamente in Figura 2 in cui il blocco WBSD indica un distributore di servizi a banda larga, LVDC ìndica una cabina di distribuzione bassa tensione, HPF un filtro passa alto, LPF un filtro passa basso, PL una linea di alimentazione, UA un apparecchio di un utente (ad esempio un apparecchio telefonico o un elaboratore tipo PC), TR&A un blocco di trasmissione-ricezione & accoppiatore e PP una presa di alimentazione di energia elettrica. Il terminale di utente è comprensivo inoltre di un trasmettitore e/o di un ricevitore TX/RX per lo scambio di dati secondo la tecnica OFDM e nel modo d’accesso OFDMA nel seguito descritti. Con il riquadro USI è stato indicato un primo “tipo” di utente, con US2 un secondo tipo di utente che non necessita di ricevere/trasmettere dati e/o informazioni.

Come è noto, la rete in questione presenta diversi problemi alla trasmissione di segnali a seconda che la si analizzi in termini di potenza di rumore in funzione della frequenza, di impedenza di ingresso al punto di rilascio del servizio (ad esempio all’ingresso di un appartamento residenziale) o di perdite di trasmissione. Supponendo di rilasciare il servizio nel punto di ingresso di una data rete dell’utenza (punto di definizione del contratto di fornitura e quindi di installazione del distributore multimodo) e quindi di aver risolto il problema del disadattamento di impedenza, almeno in un certo intervallo di frequenza, rimane il problema di come combattere i fenomeni di rumore casuale che si presentano normalmente a causa di fenomeni stagionali o nel caso di vicinanza a sorgenti particolarmente critiche come quelle industriali. Si rileva da ricerche già svolte, si veda per esempio il documento citato sopra, che comunque è possibile determinare un modello di comportamento statistico dei fenomeni: si possono rilevare dei limiti superiori ed inferiori per la potenza di rumore e l'intervallo di frequenza nel quale si verifica.

Il rumore che si presenta tipicamente sulle linee di bassa tensione è composto da disturbi sia a banda larga di breve durata (transitori smorzati) che di lunga durata (armoniche di 50 Hz o 100Hz e di segnali impulsivi con frequenza di ripetizione minore di 10 KHz), sia a banda stretta (portanti modulate e non con relative armoniche).

Il principio inventivo alla base della presente invenzione per ovviare alle problematiche di disadattamento, distorsione, rumore impulsivo o diffuso, rumore casuale e deterministico ed echi comunque ritardati nella trasmissione di un segnale a banda larga prevede di utilizzare la tecnica di multiplazione a divisione di frequenza ortogonale codificata, generalmente nota come “COFDM” (Coded Orthogonal Frequency Division Multiplexing), per la codifica, la modulazione ed il trasporto del segnale di informazione su linee di bassa o media tensione. Con questa tecnica il flusso di bit viene suddiviso su diverse portanti determinando una robustezza del sistema cosi ottenuto a disturbi presenti sul canale. In particolare si possono scegliere diverse parti dello spettro dove pone il segnale risultante.

La tecnica COFDM, ampiamente descritta in letteratura per comunicazioni radio mobili o broadcasting (si veda ad esempio ETS 300 744 " Digital Video Broadcasting (DVB); Framing structure, channet coding and modulation far digitai terrestrial television (DVB-T)", ETSI, march 1997) viene applicata nella presente invenzione, sebbene in una sua particolare e nuova applicazione rispetto agli usi sin qui conosciuti.

Questa tecnica consiste nella generazione di un insieme di spettri parzialmente sovrapposti e mutuamente ortogonali, del tipo sin(x)/(x) nel dominio delle frequenze e corrispondentemente di impulsi di tipo rettangolare nel dominio del tempo. E’ un sistema multitono che trae un grande vantaggio dal fatto che il segnale da trasmettere viene generato da una trasformata di Fourier che combina modulazione, multiplazione e modellazione di impulsi (o “pulse shaping”) in un’unica operazione. Ciascuna portante è modulata secondo una fissata costellazione convenzionale scelta nella famiglia xPSK o xQAM (ad esempio QPSK, 16QAM, 64QAM, etc., dipendentemente dalle caratteristiche del canale). La sequenza di bit in ingresso al modulatore OFDM (cioè il trasmettitore per il nostro sistema) viene segmentata ad ogni intervallo di tempo Ts in Sblocchi di m bit, a ciascuno dei quali viene associato un numero complesso Xi k che rappresenta un simbolo della costellazione fissata. Una volta mappata una stringa di bit in una sequenza di simboli, ciascun simbolo viene associato ad una delle sottoportanti in modo che un vettore di 2k+l simboli sequenziali venga fatto corrispondere ad un sistema di 2k+l portanti diverse. La somma delle portanti costituisce il segnale associato al cosidetto simbolo OFDM e che qualitativamente si può rappresentare cosi:

Il segnale complessivo è dato dalla somma dei simboli OFDM trasmessi, secondo la seguente relazione:

AI fine di ridurre l’occupazione spettrale, è necessario che le portanti siano ortogonali tra loro e soddisfino quindi la seguente condizione analitica:

Questo implica che le frequenze delle portanti siano scelte pari a multipli interi dell’inverso della durata 7^ del simbolo OFDM:

essendo 3⁄4 la frequenza della portante centrale.

Il segnale cosi otenuto viene campionato con intervallo di campionamento T=Tg/N con N=2K+1, essendo N il numero delle portanti. Il segnale x(nt) che si ottiene è pertanto:

La conversione digitale-analogica invece di questi campioni genera un segnale continuo che andrà a modulare una portante a radiofrequenza. L’espressione appena vista è equivalente ad una trasformata inversa discreta di Fourier (IDFT) dei coefficienti complessi Xj k a meno di un fattore l/N. Questo suggerisce un modo per implementare praticamente la modulazione OFDM: in trasmissione si realizza una IDFT dei simboli e in ricezione si provvedere a realizzare l’operazione inversa, ovvero una trasformata discreta di Fourier o DFT.

Preso quindi un vettore di N=2K+I simboli complessi da trasmettere, diremo in sintesi che si trasmeteranno N campioni xn del simbolo OFDM con:

In realtà, a causa del comportamento del canale di trasmissione, viene ricavato all’interno del tempo Ts disponibile per trasmetere il simbolo OFDM un tempo di guardia Tg in modo che gli echi o le riflessioni del segnale che in ricezione cadono all’interno di questo intervallo vengano utilizzate in maniera costruttiva per recuperare il segnale principale. Avremo quindi

dove Tu è la parte utile del segnale trasmesso, Tg è il tempo di guardia e T, è la durata totale del simbolo OFDM trasmesso.

Detto “ P ” il numero di simboli OFDM trasmessi costituenti una trama o “fraine”, si ha che il segnale OFDM emesso ha la seguente espressione:

E (Mi) dove:

0 altrove

k è il numero della portante conente

1 è il numero del simbolo OFDM corrente nel frante

m è il numero del frame corrente

K è il numero delle portanti trasmesse

Ts è la durata del simbolo OFDM

Tu è l’inverso della distanza tra due portanti adiacenti

Δ è la durata dell’intervallo di guardia

fc è la frequenza centrale del segnale RF

k’ è l’indice della portante relativo al centro frequenza e così definito:

cm,0 k simbolo complesso per la portante k del simbolo OFDM N° 1 nel frame N° m;

cm l,k simbolo complesso per la portante k del simbolo OFDM N° 2 nel frame N° m;

<c>m,P-1,k simbolo complesso per la portante k del simbolo OFDM N° P-l nel frame N° m;

Il segnale OFDM così definito può utilizzare parte delle portanti a disposizione per trasmettere i dati di informazioni effettivi, parte per equalizzare il canale (portanti statiche, cioè in posizione fissa e livello opportuno, e portanti dinamiche, cioè in posizione continuamente variabile ma nota e con livello opportuno), parte per trasmettere informazioni di servizio riguardanti ad esempio la configurazione degli apparati trasmittenti.

Il segnale all’origine viene quindi, secondo questa tecnica, suddiviso su più portanti determinando così una robustezza del sistema così ottenuto a disturbi presenti sul canale.

L’informazione persa sulle portanti disturbate può essere ricostruita dalle tecniche di codifica e dal segnale ricevuto sulle altre portanti, mentre dove esistano disturbi sul canale in posizione nota e costante nel tempo è possibile “spegnere” le portanti che vi cadono sopra o scegliere per queste portanti costellazioni più robuste.

Le Figure 3 e 4 rappresentano, rispettivamente, uno schema di principio di generazione del segnale OFDM e gli schemi a blocchi funzionali principali costituenti il modulatore. In queste figure, BS indica una sequenza di bit in memoria da trasmettere, C&M un blocco di mappatura e codifica, D/A un convertitore digitale/analogico che converte un segnale ottenuto dalla somma delle varie portanti moltiplicate per le corrispondenti informazioni codificate. In pratica, si ribadisce che lo schema della Figura 3 raffigura come teoricamente viene generato il segnale OFDM; in pratica però esso viene generato tramite un chip (si veda il blocco IFFT in Figura 4), facilmente disponibile in commercio e in grado di effettuare il medesimo lavoro in spazi estremamente ridotti, con maggiore velocità e affidabilità. In Figura 4, FA indica un blocco di adattamento di fraine per il trattamento dei dati, IFFT un blocco di generazione del segnale che esegue una trasformata veloce discreta di Fourier, S/P un blocco che esegue una conversione da seriale a parallelo, P/S un blocco che esegue una conversione inversa e Gl l’inserzione di guardia.

L’ortogonalità tra le portanti viene garantita in trasmissione dai seguenti accorgimenti: 1. le portanti sono rappresentate da segnali del tipo sin(x)/x che si annullano a intervalli regolari Af, per cui sull’annullamento di una portante si posiziona il massimo di un’altra. Ne deriva che in ogni punto di annullamento si trova uno e un solo massimo di un’altra portante; 2. il tempo a disposizione per effettuare una IFFT completa su N punti e’ esattamente Tu , cioè’ N volte il periodo elementare T=TU/N (N e T„ definiti precedentemente), ne viene che la spaziatura tra le portanti e’ pari a: Af = 1/TU ; 3. detto “guard” un set ridotto di N, ovvero gli ultimi “guard” valori degli N prodotti dalla IFFT, l’inserimento della guardia consiste nell’inserire in testa al set di N valori della IFFT i una replica dei guard” valori ricavati come detto. Il set così ottenuto di N+guard valori viene poi serializzato e trasmesso come indicato dalla Figura 4. Il tempo di guardia Tg è pertanto Tg = guard*T=guard*Tu/N e la durata totale del simbolo OFDM è Ts=Tu+Tg=T*(N+guard)=(Tu/N)<,>(N+guard).

Il “fraine adapter” evidenziato nella Figura 4 prepara N valori complessi da dare alla IFFT. N è una potenza di 2 ed il numero delle portanti che trasportano i dati di informazione è inferiore a N. Il frame adapter costruisce un set di N valori per W volte numerate ordinatamente (frame) dove tra le portanti dati inserisce portanti di servizio in posizione statica o dinamica con legge nota. Di queste portanti, alcune sono a potenza diversa di quelle dei dati, altre trasportano informazioni relative alla configurazione del trasmettitore. La posizione di tutte le portanti ed il loro significato sono sempre noti al ricevitore che se ne serve per effettuare una stima del canale ed una successiva equalizzazione nelle frequenze, per fare una sincronizzazione di frame, una sincronizzazione in frequenza, una sincronizzazione nel tempo, una identificazione del modo di trasmissione e della configurazione dell’apparato trasmittente.

Dipendentemente dalla staticità del disturbo e della sua posizione nello spettro è naturalmente possibile ipotizzare l’uso di costellazioni di diversa dimensione per ogni portante: ad esempio in zone poco disturbate si può utilizzare una 1024QAM, in zone molto disturbate si usa una QPSK ed in zone completamente disturbate si annulla la portante inserendo il valore zero nella sua posizione corrispondente prima della IFFT.

Il vantaggio maggiore nell’uso di una tecnica multiportante come descritta sopra è pertanto quello di effettuare una equalizzazione del canale nelle frequenze e non nel tempo, anche per ritardi degli echi molto lontani. Altro vantaggio è costituito dal fatto che è possibile trasmettere informazione su di un canale comunque disturbato, sia staticamente che dinamicamente, sia in modo deterministico che casuale, potendo recuperare l’informazione trasmessa dalle portanti non corrotte o grazie ai meccanismi di protezione. Altro vantaggio ancora nell’uso della tecnica OFDM e’ di poter usare la tecnica di accesso OFDMA.

Per quanto riguarda la scelta della zona di attestazione del gestore del servizio, si deve tener presente che le reti di distribuzione comprendono, in generale, due livelli di tensione: uno di media tensione o MV (10-20 kV), l’altro di bassa tensione o LV (220/380 V) ai quali corrispondono rispettivamente le cosiddette reti di media e bassa tensione. La rete di distribuzione di media tensione è generalmente alimentata da due trasformatori HVYMV installati in cabine primarie, il cui schema è riportato in Fig. 5, le quali includono sistemi di sbarre, indicate in modo marcato in Fig. 5, che sono responsabili dell’alimentazione di un certo numero di linee di media tensione, MVL, attraverso interruttori SW dotati di dispositivi di protezione e controllo. In funzione delle manovre di esercizio dei vari organi lo stato di connessione della rete è notevolmente variabile nel tempo. Inoltre, la maggior parte delle linee uscenti da una cabina primaria raggiunge le sbarre di altre cabine primarie, per cui la rete di distribuzione MV risulta di tipo magliato. E’ anche chiaro dalla Fig. 5 che ogni linea è alimentata da un solo interruttore SW attestato alle sbarre di una cabina primaria fino ai punti di confine nei quali esiste un organo di manovra tenuto normalmente aperto.

Analogamente la rete di distribuzione di bassa tensione è alimentata da trasformatori MV/LV, installati in cabine secondarie, che alimentano rispettivi sistemi di sbarre di bassa tensione a cui risulta attestato un certo numero di linee di bassa tensione LVL attraverso interruttori SW’ dotati di protezione magneto-termica. Analogamente alla rete di media tensione, la maggior parte delle linee alimentate da una barra di bassa tensione, fa capo a sistemi di sbarre LV di altre cabine secondarie. Infine, anche in questa rete lo stato di connessione è variabile nel tempo.

L’esame dei modi di accoppiamento per il gestore conferma come più vantaggioso, dal punto di vista dell’attenuazione e della diafonia, il modo fase-fase rispetto a quello fase-terra e pertanto il relativo accoppiamento di tipo capacitivo risulta più efficiente anche se richiede una maggiore complessità di installazione rispetto a quello induttivo. Inoltre l’accoppiatore capacitivo che realizza il modo di accoppiamento fase-fase non influenza in alcun modo le protezioni direzionali di tema.

Ulteriori considerazioni al fine di individuare un’architettura di trasmissione su queste reti sono le seguenti: a) sulle reti MV l’insieme delle cabine secondarie facenti capo ad una stessa cabina secondaria costituiscono “isole” che possono definirsi trasmissivamente autonome ovvero dove l’attività di trasmissione può avvenire in maniera scorrelata e contemporanea; b) sulle reti di LV l’insieme degli utenti di LV facenti capo ad una stessa cabina secondaria costituiscono “sotto-isole” (delle precedenti) che possono definirsi anch’esse trasmissivamente autonome; e c) vi è la necessità di ridurre al minimo la quantità dei componenti hardware direttamente connessi alla rete.

Le considerazioni di cui sopra portano ad individuare due possibili punti di accesso per il gestore del servizio: 1) per la trasmissione sulla rete di MV, direttamente sulle semisbarre di MV della cabina primaria, così come sulle sbarre MV delle cabine secondarie di MV o al trasformatore MV/LV; 2) per la trasmissione sulla rete di LV, direttamente sulle sbarre di LV delle cabine secondarie. Un possibile dispositivo di accoppiamento del tipo fase-fase e interamente passivo viene mostrato in Fig. 7. In questa figura, in cui il lato ricetrasmettitore è quello di sinistra, il lato linea quello di destra, C indica la capacità del condensatore, L l’induttanza di accordo, TI il trasformatore di isolamento, Se uno scaricatore, XI e X2 reattanze di compensazione, T2 un traslatore di impedenza ed S uno schermo di protezione. Le parti responsabili della definizione della banda passante sono sostituibili con dispositivi atti a fare passare la banda di interesse.

Lo schema di principio di tale dispositivo è adattabile sia per collegamento parallelo su reti MV che su reti LV ed è pensato in modo tale che, caricato su impedenza nota in corrispondenza del lato ricetrasmettitore, sia in grado di adattarsi (per mezzo del traslatore T2) ad un’impedenza lato linea che è circa 5-10 volte l’impedenza caratteristica della linea MV o LV (linee aeree, linee in cavo, linee miste, semisbarre di cabina primaria, ecc.) nel punto di accoppiamento. La separazione fisica tra ricetrasmettitore e dispositivo di accoppiamento è dovuta alle diverse esigenze di collocazione dei due componenti nel rispetto delle norme di sicurezza.

Il modo di comunicazione degli utenti con il centro prevede che, data una certa banda di frequenza BW da utilizzare per una comunicazione “up-link” cioè dall’utente verso la centrale (per il “down-link” si considererà una banda diversa), tale comunicazione venga realizzata assegnando ad ogni utente tutta la banda disponibile in divisione di tempo (accesso a divisione di tempo o TOMA, time division multiplex access) oppure assegnando nello stesso tempo ad ogni utente una sua specifica banda risultante da una divisione della banda totale BW.

Il sistema secondo la presente invenzione prevede di considerare la banda totale disponibile BW come l’unione di due bande distinte, BW1 per l’up-link e BW2 per il down-link. si utilizzi poi la tecnica di accesso OFDMA (accesso multiplo a divisione di frequenza ortogonale) per l’up-link e la tecnica OFDM classica o ancora la OFDMA per il down-link. La tecnica di accesso multiplo OFDMA è una evoluzione della tecnica FDMA (accesso multiplo a divisione di frequenza) integrata dalle propietà derivanti dalla tecnica OFDM. Le diverse componenti del segnale multiportante OFDMA, cioè le sottoportanti, sono generate da sorgenti differenti, fisicamente distinte e lontane tra loro ma vengono sincronizzate al ricevitore centrale. Ogni utente trasmette in tecnica multiportante OFDM solo un set assegnato di sottoportanti ed il ricevitore si preoccupa di allineare e sincronizzare le componenti che gli arrivano da tutti gli utenti in modo da mantenere l’ortogonalità tra le sottoportanti e tutto ciò che serve affinchè questo segnale possa essere demodulato.

Infatti, mentre nella tecnica FDMA convenzionale occorrono N ricevitori diversi per demodulare i segnali inviati da N utenti, nella tecnica OFDMA è sufficiente utilizzare un solo ricevitore capace di effettuare un’operazione di trasformata di Fourier discreta su N punti. In un sistema OFDMA quindi si ottiene una flessibilità derivante dall’allocare un numero variabile di sottoportanti assegnate ad utenti specifici. I limiti principali derivano dalla necessità di mantenere l’ortogonalità tra le diverse sottoportanti che giungono raggruppate da punti diversi e distanti al ricevitore attraverso un canale che ha caratteristiche di dispersività e di tempo varianza. Nello schema di accesso riportato in Fig. 8 ci sono una serie di cause note che possono concorrere, insieme o separatamente, a far perdere l’ortogonalità tra le portanti al ricevitore centrale. Le più importanti sono la deviazione in frequenza relativa tra i set di sottoportanti, la perdita di allineamento temporale di simbolo in trasmissione, la perdita di sincronismo di simbolo in ricezione e la non linearità dei mezzi trasmittenti o di trasporto. Nello schema di up-link della Fig. 8, i dati di ingresso (I) entrano in un blocco C&M che codifica e associa i bit ai simboli di una costellazione, in un blocco S/P che converte in parallelo i dati che ivi giungono serialmente, in un blocco che che ne calcola la trasformata di Fourier inversa (IFFT) alla cui uscita viene sommata la guardia e viene convertita da parallelo a seriale (G&P/S), convertita da digitale ad analogica e filtrata (D/A&F), convertita in frequenza (FUC, Freq. Up Conv.) e inviata ad un canale comune (CHN) soggetto a rumore ed interferenza (N&I), riconvertita in frequenza (FDC, Freq. Down Conv.), fatta passare in un convertitore analogico/digitale e filtrata (A/D&F), in un blocco seriale/parallelo con guardia (S/P&G), viene effettuata una trasformata di Fourier (FFT), un convertitore parallelo-seriale P/S, un demapping & decoding (DEC&DEM) che fa l’operazione inversa di associazione del simbolo alla stringa di bit e di decodifica dei dati ottenuti, fino all’ottenimento di dati di uscita (O). Nel caso del down-link tutti gli utenti ricevono lo stesso segnale OFDM ma ad ognuno è assegnato un set preciso di sottoportanti che trasporta l’informazione richiesta. A seconda del numero di utenti e/o del tipo e/o della quantità di informazioni da trasmettere ad ogni utente verrà assegnato un certo numero di portanti.

In fondo alla stessa Figura 8 sono riconoscibili facilmente le portanti sfalsate (sfalsate con legge qualsiasi e piu’ conveniente) dei trasmettitori 1 e 2.

Sono a questo punto evidenti i principali vantaggi ottenuti con la presente invenzione ovvero la libertà di allocazione dinamica delle portanti in funzione delle richieste e dei servizi offerti, la possibilità di utilizzare una power line come rete di accesso; l’elevata velocità di scambio di dati; la possibilità di scambio di servizi multimediali, intelligent home, tele working, fast Internet e video on demand, ecc. senza l’installazione di cavi appositi; e la possibilità di affittare la rete a terzi operatori per la fornitura di servizi.

E’ infine evidente che molte modifiche, variazioni e sostituzioni di componenti con altri funzionalmente equivalenti sono possibili, sempre rispettando le particolarità sopra indicate, l’ambito di protezione dell’invenzione essendo definito solo dalle seguenti rivendicazioni.

Claims

RIVENDICAZIONI 1) Metodo per trasmettere segnali numerici da una sorgente centrale numerica o numerizzata di dati ad un utente attraverso l’uso di linee elettriche di alimentazione, caratterizzato dal fatto che esso prevede il passo di modulare con tecnica OFDM od OFDMA i dati provenienti da detta sorgente numerica o numerizzata.
2) Metodo per ricevere segnali numerici trasmessi ad un utente da una sorgente centrale numerica o numerizzata di dati attraverso l’uso di linee elettriche di alimentazione, caratterizzato dal fatto che esso prevede il passo di demodulare il segnale ricevuto mediante un demodulatore OFDM in cui viene effettuata una equalizzazione del canale tramite l’uso di portanti dedicate allo scopo.
3) Metodo per trasmettere segnali numerici da un utente ad una unità centrale attraverso l’uso di linee elettriche di alimentazione, caratterizzato dal fatto che esso prevede il passo di modulare con tecnica di accesso OFDMA i dati da trasmettere.
4) Metodo per ricevere segnali numerici trasmessi da un utente ad una unità centrale attraverso l’uso di linee elettriche di alimentazione, caratterizzato dal fatto che esso prevede il passo di demodulare il segnale ricevuto mediante un demodulatore OFDM in cui viene effettuata una equalizzazione del canale tramite l’uso di portanti dedicate allo scopo, e dal fatto che l'accesso e’ OFDMA per cui il ricevitore sincronizza nel tempo e nelle frequenze il segnale ricevuto e costruisce l’ortogonalita’ tra i set di portanti che giungono da utenti diversi.
5) Metodo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 1-4, caratterizzato dal fatto che comprende l’ulteriore passo di filtrare il segnale modulato o da demodulare.
6) Metodo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 1-5, caratterizzato dal fatto che prevede l’ulteriore passo di condizionare preventivamente le linee elettriche in modo da renderle indipendenti da variazioni di impedenza.
7) Metodo secondo la rivendicazione 6, caratterizzato dal fatto che il passo di condizionare le linee elettriche prevede la separazione dell’alimentazione dallo scambio di dati.
8) Metodo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 1-7, caratterizzato dal fatto che la trasmissione/ricezione avviene su linee di alimentazione a bassa o media tensione alternata utilizzando una tecnica OFDM multiportante e modulazione secondo una fissata costellazione scelta nella famiglia xQAM o xPSK per ogni portante potendo diverse portanti essere modulate con costellazioni diverse.
9) Dispositivo di trasmissione di segnali numerici da una sorgente di dati attraverso linee elettriche di alimentazione, detto sistema comprendendo almeno un modulatore, caratterizzato dal fatto che detto modulatore utilizza una tecnica OFDM con o senza accesso di tipo OFDMA multiportante con numero qualsiasi di portanti e con costellazione qualsiasi per ogni portante.
10) Dispositivo di ricezione di segnali numerici attraverso linee elettriche di alimentazione, detto sistema comprendendo almeno un demodulatore, caratterizzato dal fatto che detto almeno un demodulatore utilizza una tecnica OFDM multiportante con numero qualsiasi di portanti e con costellazione qualsiasi per ogni portante e senza o con accesso di tipo OFDMA, nel qual caso il ricevitore e’ in grado di sincronizzare e demodulare segnali ricevuti da utenti diversi .
11) Dispositivo secondo la rivendicazione 9 o 10, caratterizzato dal fatto che esso inoltre comprende mezzi di filtro.
12) Dispositivo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 9-11, caratterizzato dal fatto che esso inoltre comprende mezzi di condizionamento in grado di separare l'alimentazione dallo scambio di dati.