ITUD20130166A1 - Apparecchiatura di emulazione di mezzi di trasmissione dati e segnali in reti elettriche cablate complesse e relativo metodo di realizzazione - Google Patents

Apparecchiatura di emulazione di mezzi di trasmissione dati e segnali in reti elettriche cablate complesse e relativo metodo di realizzazione

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ITUD20130166A1
ITUD20130166A1 IT000166A ITUD20130166A ITUD20130166A1 IT UD20130166 A1 ITUD20130166 A1 IT UD20130166A1 IT 000166 A IT000166 A IT 000166A IT UD20130166 A ITUD20130166 A IT UD20130166A IT UD20130166 A1 ITUD20130166 A1 IT UD20130166A1
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IT
Italy
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emulation
impedance
frequency response
sub
phase
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IT000166A
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Andrea Tonello
Fabio Versolatto
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Witikee S R L
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Description

"APPARECCHIATURA DI EMULAZIONE DI MEZZI DI TRASMISSIONE DATI E SEGNALI IN RETI ELETTRICHE CABLATE COMPLESSE E RELATIVO METODO DI REALIZZAZIONE"
CAMPO DI APPLICAZIONE
Il presente trovato si riferisce ad un’apparecchiatura di emulazione di mezzi di trasmissione dati e segnali in reti elettriche cablate complesse, ad esempio, linee progettate per la distribuzione di energia elettrica. In particolare, l’apparecchiatura di emulazione è preferibilmente, ma non limitatamente, applicabile per l’emulazione di canali di trasmissione che impiegano tecnologie a onde convogliate, su linee di alimentazione comprendenti linee elettriche, o cavi coassiali o cavi multifilari connessi in forma complessa in presenza di carichi.
Il presente trovato si riferisce, inoltre, al metodo di realizzazione di detta apparecchiatura di emulazione di un mezzo di trasmissione dati.
STATO DELLA TECNICA
Nell’ambito della progettazione di sistemi di comunicazione via cavo, è sentita l’esigenza di replicare, ad esempio in laboratorio, le caratteristiche di propagazione di mezzi di trasmissione, o più in particolare canali di comunicazione, misurate in reti cablate complesse reali. In particolar modo, per la progettazione, il collaudo ed il test delle tecnologie che utilizzano le linee di alimentazione elettrica per il trasporto di segnali e dati, anche note come tecnologie a onde convogliate o power line Communications (PLC), è di interesse replicare il canale di comunicazione che collega due terminazioni di una rete complessa per la distribuzione dell’energia elettrica.
Le tecnologie PLC vengono utilizzate, ad esempio, per comunicazioni tra dispositivi di ricetrasmissione connessi a due prese elettriche della medesima rete di alimentazione domestica, tra due nodi di una rete di distribuzione dell’energia elettrica ad alta, media o bassa tensione, oppure tra due terminazioni elettriche delle quali almeno una o entrambe sono situate a bordo di un mezzo di trasporto, quali aerei, auto, imbarcazioni, treni, o mezzi alimentati di un’alimentazione via cavo, per esempio, filobus. Le tecnologie PLC sono particolarmente critiche in quanto risentono fortemente delle caratteristiche dell’impianto elettrico.
È di particolare interesse, avere la possibilità di riprodurre le caratteristiche del mezzo di comunicazione attraverso apparecchiature compatte da utilizzare, ad esempio in laboratorio.
Infatti, se non si dispone di un’apparecchiatura di emulazione, il test dei sistemi di comunicazione può avvenire solo attraverso complicate e costose campagne di sperimentazione effettuate direttamente nella rete cablata complessa nella quale è inserito il canale di comunicazione.
Sono note, in questo contesto, apparecchiature di emulazione che consentono di riprodurre solo in parte una specifica caratteristica di un canale di comunicazione e il loro utilizzo è principalmente limitato alle linee telefoniche, quali cavi coassiali o doppini.
Per emulare le caratteristiche del mezzo di trasmissione si considera comunemente la funzione di trasferimento, o risposta in frequenza, del canale di interesse, ovvero della rete elettrica interposta tra una porta di ingresso e ed una porta di uscita del segnale.
In particolare, la risposta in frequenza del canale è definita come il rapporto tra la tensione sulla porta di ingresso e la tensione sulla porta di uscita al variare della frequenza del segnale trasmesso.
La risposta in frequenza descrive l’attenuazione che il segnale trasmesso da un dispositivo di trasmissione subisce nella propagazione verso un ricevitore. L’attenuazione è funzione della frequenza e la risposta in frequenza è definita da un’alternanza di picchi, che sono finestre di frequenza della funzione di trasferimento per le quali il segnale è debolmente attenuato, e da ventri, che sono, invece, finestre di frequenza nelle quali il segnale è fortemente attenuato.
La posizione e l’ampiezza di picchi e ventri al variare della frequenza dipende dalla topologia della rete elettrica, dai carichi connessi alla rete elettrica, e dalla presenza di generatori distribuiti, quali ad esempio impianti fotovoltaici, connessi alla rete elettrica.
L’impedenza è un’altra grandezza che caratterizza il mezzo di comunicazione. L’impedenza descrive il carico visto dal trasmettitore connesso alla rete elettrica. L’impedenza è una quantità complessa, costituita da una parte reale, ovvero resistenza, e una parte immaginaria, o reattanza. La presenza di molteplici terminazioni e rami nelle reti cablate reali, determina un andamento variabile dell’impedenza in funzione della frequenza, che è difficilmente riproducibile.
In particolar modo, il valore assoluto dell’impedenza esibisce picchi e ventri, similmente alla risposta in frequenza. In corrispondenza dei picchi, l’impedenza è maggiore. In corrispondenza dei ventri, l’impedenza tende, invece, a zero.
Sono note, in particolare, apparecchiature di emulazione che comprendono componenti elettronici programmabili, quali FPGA (Field Programmable Gate Array) o DSP (Digital Signal Processor o processore di segnale digitale), per generare la risposta in frequenza.
Un inconveniente di tali apparecchiature di emulazione è che i componenti programmabili non sono in grado di riprodurre con fedeltà tutte le caratteristiche dei mezzi di trasmissione dati. In particolare, non tengono conto dell’impedenza vista dalla porta di ingresso, e soprattutto non sono in grado di replicare l’impedenza di specifiche realizzazioni misurata in scenari reali.
Uno scopo del presente trovato è quello di realizzare un’apparecchiatura di emulazione di mezzi trasmissione dati e segnali su reti cablate complesse che sia di dimensioni ridotte, ovvero compatta ed agevolmente trasportabile, e che permetta di replicare caratteristiche di un canale di comunicazione reale, quali la funzione di trasferimento o l’impedenza, anche in condizioni remote rispetto allo scenario reale.
Un ulteriore scopo del presente trovato è mettere a punto un metodo di realizzazione di un’apparecchiatura di emulazione che permetta di riprodurre, in modo preciso ed affidabile, la risposta in frequenza e l’impedenza di uno specifico canale di comunicazione misurato o generato con metodologie note.
Per ovviare agli inconvenienti della tecnica nota e per ottenere questi ed ulteriori scopi e vantaggi, la Richiedente ha studiato, sperimentato e realizzato il presente trovato.
ESPOSIZIONE DEL TROVATO
Il presente trovato è espresso e caratterizzato nelle rivendicazioni indipendenti. Le rivendicazioni dipendenti espongono altre caratteristiche del presente trovato o varianti dell’idea di soluzione principale.
In accordo con i suddetti scopi, forma oggetto del presente trovato un’apparecchiatura di emulazione di mezzi di trasmissione dati e segnali, su reti elettriche cablate complesse per la distribuzione dell’energia elettrica, che supera i limiti della tecnica nota ed elimina i difetti in essa presenti.
In accordo con la presente descrizione, l’apparecchiatura di emulazione può essere utilizzata per l’emulazione, ovvero la riproduzione delle caratteristiche fisiche e di conduzione, di canali per la trasmissione di segnali e dati definiti tra due nodi (terminazioni) di reti elettriche cablate complesse per la distribuzione di energia elettrica. In accordo con forme di realizzazione qui descritte, l’apparecchiatura di emulazione comprende almeno un dispositivo di emulazione d’impedenza ed almeno una porta d’ingresso per il collegamento ad un dispositivo di trasmissione dati.
In forme di realizzazione, l’apparecchiatura può comprendere almeno un dispositivo di emulazione di risposta in frequenza di un canale per la trasmissione dati e almeno una porta di uscita. Tale dispositivo di emulazione d’impedenza è autonomo ed indipendente, cioè realizzato a sé stante, rispetto a detto dispositivo di emulazione di risposta in frequenza.
L’apparecchiatura secondo il presente trovato permette la progettazione ed il test di sistemi di comunicazione PLC riproducendo, oltre alla risposta in frequenza, attraverso il dispositivo di emulazione di risposta in frequenza, anche l’impedenza in ingresso di un canale di comunicazione estratto in una rete di distribuzione dell’energia elettrica, attraverso il dispositivo di emulazione d’impedenza.
Riprodurre l’impedenza del canale di comunicazione rende l’emulazione molto più fedele alla realtà rispetto a soluzioni note.
Forma oggetto del presente trovato anche un metodo di realizzazione di un’apparecchiatura di emulazione per replicare sia la risposta in frequenza che l’impedenza di uno specifico canale misurato o generato con altre metodologie note. Il metodo di realizzazione secondo il presente fase di dimensionamento e realizzazione di un dispositivo di emulazione d’impedenza ed un’eventuale fase di dimensionamento e realizzazione del dispositivo di emulazione di risposta in frequenza.
In forme di realizzazione, la fase di dimensionamento e realizzazione del dispositivo di emulazione di risposta in frequenza, comprende:
- una prima sottofase di determinazione dell’idonea lunghezza di uno o più cavi di emulazione compresi in uno stadio di cablaggio di un dispositivo di emulazione di risposta in frequenza;
- una seconda sottofase di determinazione del valore della resistenza serie compresa nel dispositivo di emulazione di risposta in frequenza;
- una terza sottofase di determinazione di tipologia e valore di risonatori paralleli a valle dello stadio di cablaggio e di risonatori serie a valle dello stadio di cablaggio; - una quarta sottofase di determinazione di tipologia e valore di risonatori parallelo a monte dello stadio di cablaggio e di risonatori serie a monte dello stadio di cablaggio. In forme di realizzazione, la fase di dimensionamento e realizzazione di emulazione d’impedenza comprende:
- una quinta sottofase di determinazione dei valori di resistenza, capacità e induttanza di risonatori elettrici di un dispositivo di emulazione d’impedenza configurati per emulare la componente resistiva di un’impedenza misurata o generata con metodologie note;
- una sesta sottofase di identificazione del valore di singoli componenti reattivi, configurati per affinare l’emulazione della componente reattiva di un’impedenza misurata o generata con metodologie note, compresi in detto dispositivo di emulazione d’impedenza;
- una settima sottofase di selezione di componenti elettronici configurati per riprodurre i valori di resistenza, induttanza e capacità determinati nella quinta sottofase ed i singoli componenti reattivi identificati nella sesta sottofase.
Il metodo di realizzazione secondo il presente trovato permette di identificare e calcolare in modo modulare i singoli componenti utilizzati per riprodurre le differenti caratteristiche del mezzo di comunicazione reale.
ILLUSTRAZIONE DEI DISEGNI
Queste ed altre caratteristiche del presente trovato appariranno chiare dalla seguente descrizione di forme di realizzazione, fornite a titolo esemplificativo, non limitativo, con riferimento agli annessi disegni in cui:
- la fig. 1 è una vista assonometrica di forme di realizzazione di un’apparecchiatura di emulazione connessa ad un dispositivo di trasmissione dati e ad un dispositivo di ricezione dati in accordo con il presente trovato;
- la fig. 2 è uno schema a blocchi di forme di realizzazione di un’apparecchiatura di emulazione in accordo con il presente trovato;
- la fig. 3 è uno schema circuitale di forme di realizzazione di un dispositivo di emulazione di impedenza in accordo con il presente trovato;
- la fig. 4 è uno schema circuitale di un particolare di forme di realizzazione di dispositivo di emulazione di funzione di trasferimento in accordo con il presente trovato; - la fig. 5 è uno schema a blocchi di un procedimento di un metodo di realizzazione di un dispositivo di emulazione in accordo con il presente trovato;
- la fig. 6 è uno schema a blocchi di un metodo di realizzazione di una parte del dispositivo di emulazione in accordo con il presente trovato;
- la fig. 7 è uno schema a blocchi di un metodo di produzione di un’altra parte di dispositivo di emulazione in accordo con il presente trovato.
Per facilitare la comprensione, numeri di riferimento identici sono stati utilizzati, ove possibile, per identificare elementi comuni identici nelle figure. Va inteso che elementi e caratteristiche di una forma di realizzazione possono essere convenientemente incorporati in altre forme di realizzazione senza ulteriori precisazioni.
DESCRIZIONE DI FORME DI REALIZZAZIONE
Si farà ora riferimento nel dettaglio alle varie forme di realizzazione del trovato, delle quali uno o più esempi sono illustrati nelle figure allegate. Ciascun esempio è fornito a titolo di illustrazione del trovato e non è inteso come una limitazione dello stesso. Ad esempio, le caratteristiche illustrate o descritte in quanto facenti parte di una forma di realizzazione potranno essere adottate su, o in associazione con, altre forme di realizzazione per produrre un’ulteriore forma di realizzazione. Resta inteso che il presente trovato sarà comprensivo di tali modifiche e varianti.
Le figg. 1 e 2 sono utilizzate per descrivere forme di realizzazione di un’apparecchiatura di emulazione 10 di mezzi di trasmissione dati, quale un canale di comunicazione, 40, illustrata solo schematicamente, in accordo con il presente trovato.
L’apparecchiatura di emulazione 10 può essere utilizzata per l’emulazione, ovvero la riproduzione delle caratteristiche fisiche, di conduzione elettrica e di comportamento al variare della frequenza, del canale di trasmissione 40 interposto tra due terminazioni di una rete elettrica cablata complessa, quale ad esempio una rete elettrica di un edificio o di un veicolo, che può comprendere carichi e dispositivi elettrici.
In forme di realizzazione, l’apparecchiatura di emulazione 10 comprende un dispositivo di emulazione di impedenza 15 ed almeno una porta d’ingresso 13 per il collegamento ad un dispositivo di trasmissione dati 11 (si veda ad esempio fig. 2).
Ad esempio, il dispositivo di trasmissione dati 11 può essere un modem, oppure il front-end analogico di ricetrasmissione di un sistema PLC od altro idoneo trasmettitoIn forme di realizzazione descritte con riferimento a fig. 2 e combinabili con tutte le forme di realizzazione qui descritte, l’apparecchiatura di emulazione 10 può comprendere, oltre all’anzidetto dispositivo di emulazione di impedenza 15, almeno un dispositivo di emulazione di risposta in frequenza, o di funzione di trasferimento, 16 di detti mezzi di trasmissione, quale un canale di comunicazione, 40, ed una porta d’uscita 14, ad esempio per il collegamento ad un dispositivo di ricezione dati 12, quale un modem, oppure un front-end analogico di ricetrasmissione di un sistema PLC od altro idoneo ricevitore dati.
In forme di realizzazione, l’apparecchiatura di emulazione 10 può comprendere un corpo scatolare 50 provvisto dell’anzidetta porta d’ingresso 13 e che può contenere l’anzidetto dispositivo di emulazione di impedenza 15.
In forme di realizzazione, il corpo scatolare 50 può prevedere la porta d’uscita 14 e contenere al suo interno il dispositivo di emulazione di risposta in frequenza 16.
Forme di realizzazione in cui l’apparecchiatura di emulazione 10 comprende una singola porta d’ingresso 13 ed una singola porta d’uscita 14 possono essere ad esempio utilizzate per l’emulazione di canali PLC a singolo ingresso e singola uscita, anche detti single-input single-output (SISO).
In forme di realizzazione, la porta d’ingresso 13 e/o la porta d’uscita 14 possono comprendere, ad esempio, un connettore BNC, un connettore SMA od altri connettori simili od assimilabili o rappresentativi di un connettore elettrico quale una presa elettrica.
In altre forme di realizzazione, l’apparecchiatura di emulazione 10 può comprendere una pluralità di porte d’ingresso 13 e/o una pluralità di porte d’uscita 14. In tal caso, l’apparecchiatura di emulazione 10 può essere utilizzata, ad esempio, per l’emulazione di canali PLC ad ingressi multipli ed uscite multiple, anche detti multiple-input multipie-output (MIMO).
Il dispositivo di emulazione di risposta in frequenza 16 consente di riprodurre il comportamento del canale di comunicazione 40 al variare della frequenza di trasmissione dati.
In forme di realizzazione, il dispositivo di emulazione di risposta in frequenza 16 può essere connesso direttamente al dispositivo di emulazione di impedenza 15, ad esempio attraverso una connessione in cascata.
In forme di realizzazione, il dispositivo di emulazione di impedenza 15 è autonomo ed indipendente, cioè realizzato a sé stante, rispetto al dispositivo di emulazione di risposta in frequenza 16.
Il dispositivo di emulazione di impedenza 15 è configurato per riprodurre l’impedenza complessiva del canale di comunicazione 40.
L’impedenza complessiva del canale di comunicazione 40 descrive, cioè caratterizza, il carico visto dal dispositivo di trasmissione dati 11 connesso in ingresso al canale di comunicazione 40 da emulare.
L’impedenza del canale di comunicazione 40 può non essere costante al variare della frequenza e può presentare un comportamento estremamente variabile, sia nella parte immaginaria, sia nella parte reale, che è particolarmente complicato da riprodurre e da emulare.
Tale comportamento variabile è maggiormente enfatizzato se il dispositivo di trasmissione dati 11 ed il dispositivo di ricezione dati 12 comunicano utilizzando segnali a banda larga. La propagazione del segnale trasmesso dal dispositivo di trasmissione dati 11 nel canale di comunicazione 40 verso il dispositivo di ricezione dati 12 dipende dall’impedenza del canale di comunicazione 40 stesso.
Di conseguenza, prevedere un dispositivo di emulazione di impedenza 15 che riproduce le caratteristiche d’impedenza del canale di comunicazione 40 rende più precisa ed affidabile l’emulazione della comunicazione tra il dispositivo di trasmissione dati 11 ed il dispositivo di ricezione dati 12.
In forme di realizzazione, il dispositivo di emulazione di impedenza 15 è direttamente connesso alla porta d’ingresso 13, come descritto utilizzando fig. 2.
In varianti realizzative, non illustrate, l’apparecchiatura di emulazione 10 può comprendere solo la porta d’ingresso 13 ed il dispositivo di emulazione di impedenza 15, per l’emulazione solo dell’impedenza complessiva del canale di comunicazione 40.
In forme di realizzazione, l’apparecchiatura di emulazione 10 può comprendere almeno un dispositivo, o rete, di stabilizzazione 17, 18 collegato ad una rete di alimentazione 19 dell’apparecchiatura di emulazione 10.
Ad esempio, possono essere previsti due dispositivi, o reti, di stabilizzazione 17, 18 collegati alla rete di alimentazione 19 dell’apparecchiatura di emulazione 10. In particolare, può essere previsto un primo dispositivo, o rete, di stabilizzazione a monte 17 che può essere configurato per fornire un’adeguata alimentazione al dispositivo di trasmissione dati 11, attraverso la porta d’ingresso 13, per bloccare la propagazione del segnale trasmesso dal dispositivo di trasmissione dati 11 verso una rete di alimentazione 19, e per consentire la propagazione del segnale trasmesso dal dispositivo di trasmissione dati 11 verso il dispositivo di emulazione di impedenza 15. Un secondo dispositivo, o rete, di stabilizzazione a valle 18, può essere configurato per fornire adeguata alimentazione elettrica al dispositivo di ricezione 12 attraverso la porta d’uscita 14, per bloccare la propagazione del segnale ricevuto verso la rete di alimentazione 19, e per consentire la propagazione del segnale ricevuto attraverso la porta d’uscita 14 verso il dispositivo di ricezione dati 12. La presenza e posizióne dei dispositivi di stabilizzazione a monte 17 e a valle 18 può essere descritta con riferimento ai blocchi e segmenti di collegamento schematici in tratteggio di fig. 2, ad indicare che tali dispositivi di stabilizzazione a monte 17 ed a valle 18 possono essere opzionali.
In forme di realizzazione, il dispositivo di stabilizzazione a monte 17 ed il dispositìvo di stabilizzazione a valle 18 possono comprendere elementi di filtraggio, configurati per effettuare filtraggi sulle grandezze elettriche trasmesse dalla rete di alimentazione 19 o sui segnali sulla porta d’ingresso 13 o sui segnali sulla porta d’uscita 14. Ad esempio, il dispositivo di stabilizzazione a monte 17 può essere configurato per effettuare un filtraggio passa alto durante il test di dispositivo di trasmissione dati 11 sul segnale in ingresso proveniente dalla porta d’ingresso 13 verso il dispositivo di emulazione di impedenza 15.
In forme di realizzazione, l’apparecchiatura di emulazione 10 può comprendere una pluralità di dispositivi di emulazione di risposta in frequenza 16, per riprodurre ed emulare le caratteristiche di una pluralità di canali per la trasmissione dati.
In forme di realizzazione, possono essere previsti dispositivi dì selezione a monte 22 e a valle 24 del dispositivo di emulazione di risposta in frequenza 16 per selezionare uno dei vari dispositivi di emulazione della risposta in frequenza 16, quali switches o componenti attivi.
Il dispositivo di emulazione di risposta in frequenza 16 permette la propagazione di segnali, ad esempio di controllo o di conferma, dal dispositivo di ricezione dati 12 al dispositivo di trasmissione dati 11.
In possibili implementazioni, l’apparecchiatura di emulazione 10 può comprendere un canale dedicato per la propagazione di segnali di controllo o di conferma realizzato attraverso un dispositivo di feedback 26.
Il dispositivo di feedback 26 può comprendere un dispositivo di deviazione 25 a valle del dispositivo di selezione a valle 24 ed un dispositivo di deviazione 25 a monte del dispositivo di selezione a monte 22. I dispositivi di deviazione 25 permettono la propagazione unidirezionale del segnale dal dispositivo di trasmissione dati 11 al dispositivo di ricezione dati 12 e nel senso opposto seguendo due percorsi distinti. In possibili implementazioni, l’apparecchiatura di emulazione 10 può comprendere un dispositivo di emulazione di impedenza 15 a valle del dispositivo di deviazione 25 per l’emulazione dell’impedenza vista dal dispositivo di ricezione dati 12 nel momento in cui trasmette i segnali verso il dispositivo di trasmissione dati 11.
In forme di realizzazione, l’apparecchiatura di emulazione 10 può comprendere un dispositivo, od organo di generazione 28 di interferenza, configurato per simulare rumore di fondo, rumore impulsivo, o altro tipo di interferenza.
In forme di realizzazione descritte con riferimento a fig. 3, il dispositivo di emulazione di impedenza 15 può comprendere risonatori elettrici 20, 31.
I risonatori elettrici 20, 31 comprendono tipicamente almeno un resistore, un induttore e un condensatore.
In forme di realizzazione, i risonatori elettrici 20 possono essere risonatori parallelo, cioè in cui i componenti di ciascun risonatore sono tra loro collegati in parallelo. In forme di realizzazione, il dispositivo di emulazione di impedenza 15 può comprendere una pluralità di risonatori elettrici 20 parallelo posti in serie tra loro.
In forme di realizzazione, i risonatori elettrici 31 possono essere risonatori serie, cioè in cui i componenti di ciascun risonatore sono tra loro collegati in serie, in cui i vari risonatori serie sono, ad esempio, posti in parallelo tra loro.
I risonatori elettrici 20, 31 rappresentano una soluzione semplice, precisa ed economica per riprodurre i picchi e i ventri delle impedenze misurate in reti elettriche reali.
In forme di realizzazione, il dispositivo di emulazione di impedenza 15 può comprendere singoli componenti reattivi 30, quale un induttore (si veda ad esempio fig. 3), o un condensatore.
I singoli componenti reattivi 30 possono essere utilizzati per adattare sfasamenti e per riprodurre, ad esempio un comportamento induttivo o capacitivo predominante in linee PLC.
In altre forme di realizzazione, il dispositivo di emulazione di impedenza 15 può comprendere trasformatori, componenti attivi quali amplificatori operazionali o componenti logici programmabili quali FPGA o DSP.
In forme di realizzazione descritte con riferimento a fig. 4, il dispositivo di emulazione di risposta in frequenza 16 può comprendere singoli componenti d’ingresso, ad esempio una resistenza serie 32, appartenenti, nel caso di specie ad uno stadio d’ingresso 21.
L’uso della resistenza serie 32 dello stadio di ingresso 21 consente di replicare l’attenuazione dei canali di comunicazione 40 misurati in reti elettriche cablate reali. II dispositivo di emulazione di risposta in frequenza 16 può comprendere uno o più cavi di emulazione linea 27, quali cavi a microonde, compresi, ad esempio, in uno stadio di cablaggio 23.
L’uso dei cavi di emulazione linea 27 nello stadio di cablaggio 23 consente di replicare con precisione il ritardo di fase della risposta in frequenza dei canali misurati in reti cablate complesse, ad esempio le reti elettriche.
In forme di realizzazione, il dispositivo di emulazione di risposta in frequenza 16 può comprendere risonatori elettrici 20 parallelo, nel caso di specie risonatori parallelo a monte 20a dello stadio di cablaggio 23 e risonatori parallelo a valle 20b dello stadio di cablaggio 23.
In forme di realizzazione, il dispositivo di emulazione di risposta in frequenza 16 può comprendere risonatori elettrici 31 serie, nel caso di specie risonatori serie a monte 3 la dello stadio di cablaggio 23 e risonatori serie a valle 3 lb dello stadio di cablaggio 23.
I risonatori parallelo a valle 20b riproducono i principali picchi della risposta in frequenza del canale di comunicazione 40, mentre i risonatori serie a valle 31 b riproducono i ventri. I risonatori parallelo a monte 20a ed i risonatori serie a monte 3 la migliorano la fedeltà con cui la risposta in frequenza del canale viene riprodotta.
In altre forme di realizzazione, il dispositivo di emulazione di risposta in frequenza 16 può comprendere componenti programmabili attivi quali FPGA o DSP.
In particolare, l’utilizzo di FPGA o DSP consente un’emulazione di canali di comunicazione 40 in modo statistico, aumentando considerevolmente il numero di realizzazioni che è possibile emulare per il test dei dispositivi, il che permette una progettazione più affidabile e completa del sistema di comunicazione complessivo comprendente il canale di comunicazione 40, il dispositivo di trasmissione dati 11 ed il dispositivo di ricezione dati 12 .
Con riferimento a fig. 5 sono descritte forme di realizzazione di un metodo di realizzazione 100 di un’apparecchiatura di emulazione 10 in accordo con il presente trovato, che comprende una fase di dimensionamento e realizzazione di emulazione di risposta in frequenza 210, ed una fase di dimensionamento e realizzazione di emulazione d’impedenza 110.
Il metodo di realizzazione 100 consente di replicare in modo preciso la risposta in frequenza e l’impedenza di un mezzo di comunicazione misurato in reti cablate complesse o generato con altre metodologie note e prevede di dimensionare opportunamente il dispositivo di emulazione di impedenza 15 ed il dispositivo di emulazione di risposta in frequenza 16 in funzione delle caratteristiche del mezzo di comunicazione da emulare.
In fig. 6, è illustrata una possibile forma di realizzazione del metodo di realizzazione di emulazione di risposta in frequenza 210 per la realizzazione di un dispositivo di emulazione di risposta in frequenza 16.
La fase di dimensionamento e realizzazione di emulazione di risposta in frequenza 210 del metodo di realizzazione 100 può comprendere una prima sottofase 201 di determinazione dell’idonea lunghezza di uno o più cavi di emulazione linea 27 compresi nel dispositivo di emulazione di risposta in frequenza 16.
In particolare, la lunghezza di un singolo cavo di emulazione linea 27 può essere ottenuta come rapporto tra la fase della risposta in frequenza della linea di trasmissione dati e la costante di fase intrinseca della tipologia di cavo di emulazione linea 27 impiegato. In realtà può essere ottenuto un valore di tale rapporto per ogni frequenza dell’ intervallo di utilizzo considerato. In possibili implementazioni, per determinare tale lunghezza è possibile considerare solo determinate frequenze di funzionamento.
In forme di realizzazione, la fase di dimensionamento e realizzazione di emulazione di risposta in frequenza 210 può comprendere una seconda sottofase 202 di determinazione del valore della resistenza serie 32 compresa nel dispositivo di emulazione di risposta in frequenza 16.
In forme di realizzazione, la resistenza serie 32 può essere ottenuta attraverso il calcolo del guadagno medio del canale (Average Channel Gain, ACG).
Il guadagno medio del canale può essere ricavato dalla seguente espressione:
ACG = 10 log.
dove B è la larghezza di banda, f e fesono rispettivamente la frequenza di inizio e di fine della banda di interesse del segnale, ed HT( f ) izione
del canale misurata o generata attraverso metodologie note alla frequenza / .
In forme di realizzazione, la fase di dimensionamento e realizzazione di emulazione di risposta in frequenza 210 può comprendere una terza sottofase 203 di determinazione di tipologia e valore dei risonatori parallelo a valle 20b dello stadio di cablaggio 23 e di risonatori serie a valle 31 b dello stadio di cablaggio 23.
In forme di realizzazione, la fase di dimensionamento e realizzazione di emulazione di risposta in frequenza 210 può comprendere una quarta sottofase 204 di determinazione dei risonatori parallelo a monte 20a, dello stadio di cablaggio 23, e di risonatori serie a monte 3 la.
Per la realizzazione della terza sottofase 203 e della quarta sottofase 204 può essere, ad esempio, utilizzata una combinazione di componenti elettrici commerciali. In forme di realizzazione per la terza sottofase 203 e della quarta sottofase 204 può essere adottato un approccio iterativo.
Ad esempio, può essere aggiunto un risonatore elettrico 20a, 20b, 3 la, 31 b solo se la sua aggiunta fornisce una riduzione della seguente metrica:
A =J^|log10|//, (/J - logl0|//c(/3⁄4# dove HQ(y ) è la risposta in frequenza calcolata tra il segnale in ingresso al, e in uscita dal, dispositivo di emulazione di risposta in frequenza 16.
Il risonatore elettrico 20a, 20b, 3 la, 31 b viene scelto in un insieme finito di possibili risonatori, come ad esempio l’insieme di risonatori che fornisce la maggior diminuzione della metrica.
Nell’ordine, nella terza sottofase, vengono aggiunti e dimensionati prima tutti i risonatori parallelo a valle 20b, poi tutti i risonatori serie a valle 31 b. Quindi, nella quarta sottofase, tutti i risonatori parallelo a monte 20a e infine tutti i risonatori serie a monte 3 la.
In forme di realizzazione descritte con riferimento a fig. 7, la fase di dimensionamento e realizzazione del dispositivo di emulazione d’impedenza 110 del metodo di realizzazione 100 può comprendere una quinta sottofase 101 di determinazione dei valori di resistenza, capacità e induttanza dei risonatori elettrici 20, 31 del dispositivo di emulazione di impedenza 15. In particolare, può essere utilizzata, ad esempio la seguente procedura di identificazione di tali valori di resistenza, capacità e induttanza. Innanzitutto viene misurata o generata attraverso metodologie note l’impedenza del canale di comunicazione 40 da emulare Zr(/ ) alla frequenza f.
Tale impedenza Zr(/ ) può essere data in termini di resistenza e reattanza oppure
in termini di parametri di diffusione o in altre rappresentazioni consistenti.
Successivamente si calcola l’impedenza di ingresso Z16(/) del dispositivo di
emulazione della risposta in frequenza 16.
Per ottenere che l’impedenza di ingresso dell’apparecchiatura di emulazione 10 sia pari a ZT(/ ), l’impedenza emulata dal dispositivo di emulazione di impedenza 15 de-
ve essere pari a
, /,·, Zr (/) 3⁄4(/)
Nel caso in cui l’apparecchiatura di emulazione 10 includa la sola porta d’ingresso 13 e il solo dispositivo di emulazione di impedenza 15, Z|5 (/)- 3⁄4<■>(/)■
Nella quinta sottofase 101 vengono riprodotti i picchi della parte reale, ovvero della componente resistiva, dell’impedenza del dispositivo di emulazione di impedenza 15 ZI5(/). In particolare il numero di risonatori elettrici 20, 31 utilizzati equivale al
numero di picchi della parte reale.
In forme di realizzazione preferenziali, il numero di picchi sono identificati come massimi locali della componente resistiva /?(/) dell’impedenza Zl5(/) in funzione
della frequenza f. Nel seguito, f° indica la frequenza i cui aorrisponde un picco d· *(/).
Per ogni f0, i valori delle resistenze dei diversi risonatori elettrici 20, 31 sono ricavati nel seguente modo:
*b - *(/o ).
Mentre il valore dei condensatori ed induttori sono calcolati come
, J3⁄4_ i, fo/a f )
° 2xfa{{2xfof f
C0= -
(2π/ο ) LQ
Rispettivamente, dove faè la frequenza tale per cui R(fa) = &R{f0) con fa> f0e a = 0.8.
L’impedenza complessiva della serie dei risonatori elettrici 20, 31 del dispositivo di emulazione di impedenza 15 può essere indicata con valore Z (/).
In forme di realizzazione, la fase di dimensionamento e realizzazione di emulazione d’impedenza 110 del metodo di realizzazione 100 può comprendere una sesta sottofase 102 di identificazione del valore dei singoli componenti reattivi 30 compresi nel dispositivo di emulazione di impedenza 15, configurati per simulare al meglio la componente reattiva dell’ impedenza da emulare.
Ad esempio, le reti PLC presentano un’impedenza che ha comportamento induttivo, che può essere ad esempio emulato con l’uso di una o più induttanze in serie. Le induttanze in serie sono ottenute osservando la funzione di trasferimento all’estremo superiore della banda di frequenze oggetto di emulazione.
In particolare, il valore della serie di induttanze può essere ottenuto nel seguente modo:
dove Imj·} denota la parte immaginaria e ftdenota l’estremo superiore della banda.
In forme di realizzazione, la fase di dimensionamento e realizzazione di emulazione d’impedenza 110 può comprende una settima sottofase 103 di identificazione e reperimento dei componenti commerciali utilizzabili per riprodurre i valori di resistenza, induttanza e capacità determinati nella quinta sottofase 101 ed i singoli componenti reattivi 30 identificati nella sesta sottofase 102.
E chiaro che all’apparecchiatura di emulazione di una rete di trasmissione dati e relativo metodo di realizzazione fin qui descritti possono essere apportate modifiche e/o aggiunte di parti, senza per questo uscire dall’ambito del presente trovato.
È anche chiaro che, sebbene il presente trovato sia stato descritto con riferimento ad alcuni esempi specifici, una persona esperta del ramo potrà senz’altro realizzare molte altre forme equivalenti di apparecchiatura di emulazione di una rete di trasmissione dati e relativo metodo di realizzazione, aventi le caratteristiche espresse nelle rivendicazioni e quindi tutte rientranti nell’ambito di protezione da esse definito.

Claims (12)

  1. RIVENDICAZIONI 1. Apparecchiatura di emulazione di mezzi di trasmissione dati (40) su reti elettriche cablate complesse, caratterizzata dal fatto che comprende almeno un dispositivo di emulazione di impedenza (15) e almeno una porta d’ingresso (13) per il collegamento ad un dispositivo di trasmissione dati (11).
  2. 2. Apparecchiatura di emulazione come nella rivendicazione 1, caratterizzata dal fatto che comprende almeno un dispositivo di emulazione di risposta in frequenza (16) di detti mezzi di trasmissione dati (40), essendo detto dispositivo di emulazione di impedenza (15) autonomo rispetto a detto dispositivo di emulazione di risposta in frequenza (16), e almeno una porta d’uscita (14) configurata per il collegamento di un dispositivo di ricezione dati (12).
  3. 3. Apparecchiatura di emulazione come nella rivendicazione 2, caratterizzata dal fatto che detto dispositivo di emulazione di impedenza (15) e detto dispositivo di emulazione di risposta in frequenza (16) comprendono risonatori elettrici passivi (20, 31).
  4. 4. Apparecchiatura di emulazione come nella rivendicazione 2 o 3, caratterizzata dal fatto che il dispositivo di emulazione di risposta in frequenza (16) comprende uno o più cavi di emulazione linea (27) per l’emulazione del ritardo del detto mezzo di comunicazione.
  5. 5. Apparecchiatura di emulazione come nelle rivendicazioni 1 o 2, caratterizzata dal fatto che almeno uno tra detto dispositivo di emulazione di impedenza (15) o detto dispositivo di emulazione di risposta in frequenza (16) comprende componenti elettronici attivi, opzionalmente programmabili.
  6. 6. Apparecchiatura di emulazione come in una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto che comprende almeno un organo di generazione (28) di rumore di fondo, in particolare rumore impulsivo, o altro di rarapo di interferenze.
  7. 7. Apparecchiatura di emulazione come in una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto che comprende una pluralità di dispositivi di emulazione d’impedenza (15) per l’emulazione di più impedenze di detti mezzi di trasmissione (40) e/o una pluralità di dispositivi di emulazione di risposta in frequenza (16) per l’emulazione di più canali di detti mezzi di trasmissione dati (40).
  8. 8. Apparecchiatura di emulazione come in una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto che comprende almeno un dispositivo di stabilizzazione (17, 18) configurato per fornire adeguata alimentazione stabilizzata almeno al dispositivo di trasmissione dati (11), attraverso la porta d’ingresso (13).
  9. 9. Apparecchiatura di emulazione come nella rivendicazione 2, 3, 4 o 5, caratterizzata dal fatto che comprende un dispositivo di feedback (26) per l’emulazione della risposta in frequenza del canale dal dispositivo di ricezione (12) al dispositivo di trasmissione dati (11) e/o per la trasmissione di dati o segnali di controllo dal dispositivo di ricezione dati (12) al dispositivo di trasmissione dati (11), e/o al dispositivo di emulazione di impedenza (15) o al dispositivo di ricezione dati (12).
  10. 10. Metodo di realizzazione di un’apparecchiatura di emulazione di mezzo di comunicazione per la trasmissione dati su reti elettriche complesse, caratterizzato dal fatto che comprende almeno una fase di dimensionamento e realizzazione di emulazione d’impedenza (110) o opzionalmente una fase di dimensionamento e realizzazione di emulazione di risposta in frequenza (210).
  11. 11. Metodo come nella rivendicazione 10, caratterizzato dal fatto che detta fase di dimensionamento e realizzazione di emulazione di risposta in frequenza (210) comprende: - una prima sottofase (201) di determinazione dell’idonea lunghezza di uno o più cavi di emulazione linea (27) compresi in un stadio di (23) di un di emulazione di risposta in frequenza (16); - una seconda sottofase (202) di determinazione del valore della resistenza serie (32) compresa nel dispositivo di emulazione di risposta in frequenza (16); - una terza sottofase (203) di determinazione di tipologia e valore di risonatori paralleli a valle (20b) dello stadio di cablaggio (23) e di risonatori serie a valle (31 b) dello stadio di cablaggio (23); - una quarta sottofase (204) di determinazione di tipologia e valore di risonatori parallelo a monte (20a) dello stadio di cablaggio (23) e risonatori serie a monte (3 la) dello stadio di cablaggio (23).
  12. 12. Metodo di realizzazione come nella rivendicazione 10 o 11, caratterizzato dal fatto che detta fase di dimensionamento e realizzazione di emulazione d’impedenza (110) comprende: - una quinta sottofase (101) di determinazione dei valori di resistenza, capacità e induttanza di risonatori elettrici (20) di un dispositivo di emulazione di impedenza (15) configurati per emulare la componente resistiva di un’impedenza misurata o generata con metodologie note; - una sesta sottofase (102) di identificazione del valore di singoli componenti reattivi (30), configurati per affinare l’emulazione della componente reattiva di un’impedenza misurata o generata con metodologie note, compresi in detto dispositivo di emulazione di impedenza (15); - una settima sottofase (103) di selezione di componenti elettronici configurati per riprodurre i valori di resistenza, induttanza e capacità determinati nella quinta sottofase (101) ed i singoli componenti reattivi (30) identificati nella sesta sottofase (102).
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