MX2008013338A - Servicios de datos de alta velocidad inalambricos robustos a traves de una infraestructura hfc utilizando tecnicas de diversidad cableada. - Google Patents

Abstract

Se proporciona un sistema y método para ejecutar procesamiento de diversidad inalámbrico en una red de datos sobre cable; se proporciona un controlador de diversidad el cual, con base en la relación señal-a- ruido, elige una trayectoria óptima para recibir y transmitir datos hacia y desde una ubicación de suscriptor; un punto de acceso autónomo permite la comunicación inalámbrica con las ubicaciones de suscriptor; el procesamiento de diversidad incluye la diversidad de selección, combinación de tasa de transferencia máxima, y combinación de ganancia igual.

Description

SERVICIOS DE DATOS DE ALTA VELOCIDAD INALAMBRICOS ROBUSTOS A TRAVES DE UNA INFRAESTRUCTURA HFC UTILIZANDO TÉCNICAS DE DIVERSIDAD CABLEADA CAMPO DE LA INVENCION Esta descripción se refiere generalmente a sistemas de módem por cable, y de manera más particular a un sistema y método utilizando técnicas de combinación y diversidad de antena en una red de datos sobre cable.

ANTECEDENTES DE LA INVENCION Los módems de cable con frecuencia son utilizados para conectar computadoras personales a la Internet y otras redes. Una atracción hacia los módems de cable es la conectividad de alta velocidad que proporcionan. En la práctica, los operadores de red de cable por lo regular implementan la Especificación de Interfaz de Datos Sobre Cable (DOCSIS), la cual es una norma conocida que define los requerimientos de comunicación para un sistema de datos sobre cable. Los operadores de red de cable también han comenzado a tomar ventaja de la tecnología inalámbrica para suministrar acceso de datos a consumidores y negociantes. En el caso inalámbrico, la infraestructura física requerida incluye un punto de acceso inalámbrico que proporciona una conexión de datos entre la planta de cable, la cual incluye equipo del operador de cable utilizado para suministrar comunicación, y dispositivos de suscriptor que se colocan en el exterior de las casas (de clientes de cable) y edificios que están dentro del rango del punto de acceso inalámbrico. Por lo regular, los operadores de cable colocan enrutadores inalámbricos y/o antenas incluyendo equipo de convertidor en polos de utilidad existentes en un área /vecindario a fin de transmitir señales inalámbricas a las casas y negocios dentro de un rango determinado. Aunque el uso de tecnología inalámbrica para proporcionar acceso de datos elimina sustancialmente los problemas de infraestructura asociados con casas y negocios de cableado en duro, el canal inalámbrico con frecuencia agrega características desiguales desconocidas para las cuales DOCSIS no fue diseñado. Por ejemplo, señales de banda ancha tienen mayor probabilidad de ser impactadas por el desvanecimiento selectivo de frecuencia. También, el rendimiento de DOCSIS es de particular preocupación para sistemas operados en las bandas de frecuencia sin licencia debido a que estas regiones son más propensas a una interferencia de co-canal por otras entidades que comparten la banda de frecuencia . En sistemas de comunicación inalámbrica tradicionales, las técnicas de diversidad inalámbricas son utilizadas para superar los efectos del desvanecimiento y otros problemas de rendimiento. Por ejemplo, técnicas tales como la diversidad de selección y combinación de relación máxima son utilizadas para evitar la degradación en el rendimiento del sistema. Para un DOCSIS práctico o sistema de datos de alto rendimiento de capacidad similar implementado a través de una red inalámbrica de datos sobre cable, los mejores sistemas de rendimiento y, por último, los servicios más exitosos, proporcionarán soluciones factibles a dichos problemas a fin de asegurar que la red combinada cableada más inalámbrico cumpla o exceda las expectativas del usuario final bien entendidas para un servicio de banda ancha.

SUMARIO DE LA INVENCION Por consiguiente, la presente invención se refiere a un sistema y método para evita la degradación en el rendimiento operativo a causa de problemas, tales como desvanecimiento, en una red inalámbrica/HFC basada en DOCSIS. Específicamente, la invención se refiere a un sistema y método para realizar el procesamiento de diversidad de antena en una red inalámbrica/HFC basada en DOCSIS. En una modalidad, el sistema y método ejecutan técnicas de procesamiento de diversidad para superar los efectos del desvanecimiento de trayectoria múltiple. Estas técnicas pueden incluir, por ejemplo, pero no limitad a, diversidad de selección, combinación de relación máxima, y/u otras técnicas de diversidad. En una modalidad, una cabecera de red de cable de la presente invención comprende un sistema de terminación de módem de cable (CMTS) y un controlador de diversidad. El controlador de diversidad está configurado para recibir señales desde una pluralidad de antenas espacialmente separadas en la red de cable y para procesar la pluralidad de señales a fin de reducir los efectos del desvanecimiento de trayectoria múltiple. El controlador de diversidad también se puede configurar para determinar una relación señal a ruido (SNR) asociada con cada una de las señales de datos recibidas y para obtener una señal óptima con base en la SNR asociada con cada una de las señales de datos recibidas previo al procesamiento de la señal utilizando el procesamiento tradicional CMTS de DOCSIS. Al determinar si una señal es óptima, un administrador puede considerar factores tales como el costo y el rendimiento.

Un método para procesar señales de datos en una red de datos de cable que utiliza el sistema anterior puede comprender los pasos de: recibir una pluralidad de señales de datos desde una pluralidad de antenas ubicadas en ubicaciones separadas en la red de datos de cable, determinar una relación a ruido (SNR) asociada con cada una de las señales de datos recibidas y obtener una señal óptima con base en la SNR asociada con cada una de las señales de datos recibidas. En una modalidad, la señal óptima puede ser una de la pluralidad de señales de datos que tiene la SNR más alta. En otra modalidad, la señal óptima se puede obtener escalando cada señal en paralelo mediante un factor de escalación, el cual toma en cuenta la SNR de cada señal. Las señales escaladas se pueden entonces combinar para lograr una señal óptima. Una vez que se ha obtenido la señal óptima, este controlador de diversidad puede seleccionar el enlace que proporcione la señal óptima a fin de asegurar una mejor probabilidad de recepción. Es decir, el controlador puede seleccionar ya sea la trayectoria de transmisión desde una antena particular o desde una combinación de antenas que produzca las características de recepción deseadas. Por consiguiente, el sistema y método de la presente invención permiten a los operadores de cable mejorar el rendimiento, mitigar los problemas del canal y habilitar la conectividad de enlace mejorada mientras explotan los beneficios del canal de alta calidad suministrado por el canal HFC.

BREVE DESCRIPCION DE LAS FIGURAS La figura 1 muestra una red inalámbrica basada en DOCSIS, de acuerdo con una modalidad de la invención. La figura 2 es un diagrama de flujo de alto nivel que muestra un proceso general para seleccionar una señal óptima, de acuerdo con una modalidad de la invención .

DESCRIPCION DETALLADA DE LA INVENCION Se proporciona un sistema y método para utilizar procesamiento de diversidad a fin de procesar señales en una red inalámbrica basada en DOCSIS. En una modalidad, el sistema y método realizan técnicas de procesamiento de diversidad para superar los efectos del desvanecimiento de trayectoria múltiple. Estas técnicas pueden incluir, por ejemplo, pero no se limitan a, diversidad de selección, combinación de relación máxima y/u otras técnicas de diversidad. La ejecución de estas técnicas a través de una red de cable permite que la técnica tome ventaja del aspecto distribuido inherente de un sistema de cable. Al incorporar procesamiento de diversidad, se incrementa el sistema de cable con puntos de acceso inalámbricos de manera conveniente y sin la intrusión en el diseño de la infraestructura de cable tradicional. Las diferencias de longitud de trayectoria desde múltiples puntos de acceso en la red de cable son absorbidas en el procesamiento. La figura 1 muestra una modalidad ejemplar de una red inalámbrica basada en DOCSIS 100 para ejecutar el sistema y método de la presente invención. La red 100 comprende una cabecera de red de cable 110, una pluralidad de ubicaciones de suscriptor 122, 124, 126, 128 y 130, y el punto de acceso montado en linea 160. Las ubicaciones de suscriptor se pueden conectar a un punto de acceso 160 a través de enlaces de comunicación cableados o inalámbricos. Por ejemplo, tal como se muestra en la figura 1, las ubicaciones de suscriptor 122 - 128 están conectadas al punto de acceso 160 a través de enlaces de comunicación cableados 140 y la ubicación de suscriptor 130, se puede conectar a través del enlace de comunicación inalámbrica 150. Aunque los puntos de acceso 160 se muestran proporcionando comunicación tanto inalámbrica como cableada, puntos de acceso separados para comunicación inalámbrica y cableada se pueden suministrar . La cabecera de red de cable 110 permite que las ubicaciones de suscriptor se comuniquen con redes externas, tal como la red externa 170. La cabecera 110 puede incluir o se puede conectar en interfaz con un sistema de terminación de modo de cable (CMTS), una estación de administración de red (NMS), convertidores y/u otros componentes de procesamiento. Una NMS puede incluir uno o más servidores configurados para proporcionar protocolo de configuración de huésped dinámico (DHCP), hora del día (ToD) , programa de administración de red simple (SNMP), y/u otros servicios necesarios para permitir que las ubicaciones de suscriptor se comuniquen con la cabecera 110. El CMTS permite que los dispositivos ubicados en las ubicaciones de suscriptor intercambien señales digitales con la red. Los puntos de acceso 160 se pueden montar sobre polos de hardware existentes. De acuerdo con algunas modalidades, los puntos de acceso 160 permiten que la red de cable sea extendida mediante el aprovisionamiento de acceso inalámbrico a la cabecera de cable 100. Los puntos de acceso 160 se pueden equipar con una o más antenas (que no se ilustra) para la transmisión y recepción inalámbrica de datos hacia y desde uno o más dispositivos de suscripción (tal como suscriptor 130) en un área designada. De acuerdo con una modalidad ejemplar, se puede colocar una pluralidad de puntos de acceso en ubicaciones espacialmente diversas de manera que estén lo suficientemente alejadas para descorrelacionar entradas de trayectoria múltiple. Por ejemplo, los puntos de acceso se pueden seleccionar de manera que estén a décimas de longitudes de onda de separación. Dicha colocación, después del procesamiento, puede producir como resultado un incremento en la relación señal a ruido (SNR) disponible para el receptor a fin de mejorar el rendimiento de detección. La ubicación de suscriptor 130 puede incluir una antena 132 para recibir y transmitir señales inalámbricas hacia y desde los puntos de acceso 160 a través de los enlaces de comunicación inalámbricos 150. La ubicación de suscriptor 130 también incluye equipo de instalación del cliente, tal como módem de cable 134 conectado a la antena 132. El módem de cable 134 se puede configurar para convertir los datos recibidos en un formato accesible por el dispositivo de usuario 136. De acuerdo con algunas modalidades, la cabecera 110 se puede configurar para ejecutar procesamiento de diversidad en señales recibidas y transmitidas a las ubicaciones de suscriptor. Debido a esto, la cabecera 110 puede incluir o se puede conectar en interfaz con el controlador de diversidad 115. El controlador de diversidad 115 se puede integrar en un CMTS, o puede ser un dispositivo de controlador separado. El controlador de diversidad 115 se puede configurar para ejecutar una o más técnicas de diversidad en señales recibidas desde la pluralidad de antenas de red ubicadas en los puntos de acceso de cable. Tal como se describió anteriormente, las antenas pueden estar espacialmente separadas de manera que la trayectoria hacia y desde cada antena puede ser diferente, permitiendo que las antenas descorrelacionen entradas de trayectoria múltiple. El controlador de diversidad 115 procesa las señales separadamente recibidas utilizando una o más técnicas de diversidad tal como, por ejemplo, pero no limitado a, diversidad de selección, combinación de relación máxima, combinación de ganancia igual, y/u otras técnicas de combinación espacial. La diversidad de selección se refiere al proceso de elección, de entre un conjunto de trayectorias recibidas, cuál trayectoria es la más limpia y por lo tanto la que tiene mayor probabilidad de ser detectada con éxito. Cuando se ejecuta la diversidad de selección, el controlador de diversidad 115 monitorea la calidad de cada señal de entrada. Esto puede incluir, por ejemplo, determinar la relación señal a ruido (SNR) asociada con cada señal de entrada. De acuerdo con algunas modalidades, la SNR se puede medir a través del CMTS. En otras modalidades, los puntos de acceso se pueden configurar para medir CMTS. El controlador de diversidad 115 se puede configurar para seleccionar la señal que tiene una SNR óptima. Tal como se describió anteriormente, un administrador puede determinar cuál señal es óptima con base en parámetros tales como costo, rendimiento y/u otros parámetros. El controlador de diversidad 115 de manera continua puede monitorear la SNR, y si la SNR cae por debajo de un umbral predefinido, el controlador de diversidad 115 puede conmutar a otra trayectoria de señal de entrada. Por ejemplo, el controlador de diversidad 115 puede conmutar a la trayectoria de señal previamente calculada para que tenga la siguiente SNR más óptima, o el controlador puede volver a calcular la SNR para cada trayectoria de señal, una vez más seleccionando la trayectoria que tenga la SNR óptima. Al seleccionar la mejor trayectoria de señal, la probabilidad de que todas las trayectorias en una sola vez estén por debajo del umbral predeterminado disminuye exponencialmente . En términos de mejora de SNR, la SNR promedio con selección de diversidad incrementa con relación a la SNR promedio de un canal sencillo. De manera más particular, la SNR promedio se puede mostrar de la siguiente forma, en donde M representa el número de ramificaciones de diversidad disponibles: SNR promedio (diversidad de selección) = suma ( l/l+l/2-hl/3-h ... 1/M) *SNR promedio (una ramificación) Un ejemplo numérico señala la potencia de este enfoque. Para M = 4, o cuatro ramificaciones diversas de entre las cuales seleccionar, y una envoltura de desvanecimiento Rayleigh común con una SNR promedio de 20 dB cada una, existe escasamente un 10% de probabilidad de que un umbral arbitrario de 10 dB inferior sea cruzado. Una caída de 10 dB, mientras resulte arbitraria, representa una disrupción importante en términos de soportar perfiles de modulación y requerimientos de ganancia de codificación sin agregar, en términos de costos significativos, un canal sencillo, receptor sencillo, margen al sistema. Para este mismo caso, pero con diversidad de selección incluida, la probabilidad de que el umbral sea cruzado cae a aproximadamente 0.01%. Esto es completamente tres órdenes de magnitud de mejora para un número muy modesto de trayectorias de diversidad, debido a la relación exponencial. La combinación de relación máxima (MRC) utiliza el hecho de que el CMTS está recibiendo más energía de señal de lo que cualquier trayectoria sola ofrece. En la combinación de relación máxima, cada señal de entrada es ponderada por un factor de ponderación a fin de optimizar la relación de ruido de señal. Específicamente, se elige un factor de ponderación con base en la SNR de cada señal recibida. Después que se ha aplicado la ponderación, las señales son combinadas y la señal compuesta puede ser procesada de acuerdo con técnicas de procesamiento DOCSIS típicos . La aplicación de la combinación de tasa de transferencia máxima a cada trayectoria de señal produce como resultado un incremento favorable en la SNR. La SNR se convierte en la suma de las SNR de cada trayectoria de señal: SNR ( RC) = ?i[SNR(una ramificación) ] i . De manera más significativa, MRC puede producir una SNR aceptable por arriba del umbral, incluso cuando ninguna SNR individual es lo suficientemente buena. Esto significa que una red que no emplea las técnicas de diversidad aquí descritas y expuestas a un ambiente inalámbrico difícil no puede soportar comunicación y, por lo tanto, servicios, mientras que otra red competitiva puede funcionar lo suficientemente bajo las mismas condiciones de canal inalámbrico. La figura 2 muestra un método 200 para procesar señales en una red DOCSIS en una cabecera de cable de acuerdo con una modalidad de la invención. Tal como se muestra en 210, la cabecera de cable recibe una pluralidad de señales de datos. Cada señal puede ser recibida desde una de una pluralidad de antenas ubicadas en ubicaciones separadas en la red. De acuerdo con una modalidad, un CMTS ubicado en la cabecera de cable incluye un controlador de diversidad y está configurado para procesar las señales de entrada. Tal como se muestra en 220, el CMTS procesada cada una de la pluralidad de señales para determinar una relación señal a ruido (SNR) asociada con la señal. El CMTS entonces obtiene una señal óptima con base en la SNR calculada, tal como se muestra en 230. Tal como se describió anteriormente, la determinación de la señal óptima involucra ejecutar una o más técnicas de procesamiento de diversidad tal como la diversidad de selección y la combinación de relación máxima. Al encontrar esta señal óptima se mejora la recepción de los datos, ya que el controlador puede recibir una señal que tenga una relación señal a ruido más elevada que sin procesamiento . Los procesos descritos en relación con la figura 2 se pueden ejecutar en dispositivos cableados, microprogramación cableada, o software que corre en un procesador. Una unidad de procesamiento para una ejecución de software o microprogramacion cableada de preferencia está contenida en el CMTS. Cualquiera de estos procesos puede estar contenido en un medio legible por computadora el cual puede ser leído por el CMTS. Un medio legible por computadora puede ser cualquier medio con la capacidad para llevar a cabo las instrucciones que van a ser ejecutadas por un microprocesador, incluyendo un disco CD, disco DVD, disco magnético u óptico, cinta, memoria removible o no removible basada en silicio, señales de transmisión inalámbricas o cableadas paquetizadas o no paquetizadas . Aquellos expertos en la técnica apreciarán que un medio legible por computadora puede portar instrucciones para que una computadora ejecute un método de procesamiento de señales de datos en una red de datos de cable, el método comprende por lo menos los pasos de: recibir una pluralidad de señales de datos desde una pluralidad de antenas ubicadas en ubicaciones separadas en la red de datos de cable; determinar una relación señal a ruido (SNR) asociada con cada una de las señales de datos recibida; y obtener una señal óptima basada en la SNR asociada con cada una de las señales de datos recibidas. Las instrucciones además pueden incluir el monitoreo de la SNR asociada con cada señal a fin de determinar si la SNR ha cambiado y conmutado a otra señal en caso que la SNR de las señales previamente seleccionadas caiga por debajo de un umbral predeterminado . La descripción previa de las modalidades descritas se proporciona para permitir a cualquier experto en la técnica hacer o utilizar la presente invención. Diversas modificaciones a estas modalidades serán fácilmente aparentes para aquellos expertos en la técnica, y los principios genéricos aquí definidos se pueden aplicar a otras modalidades sin apartarse del espíritu o alcance de la invención. Por ejemplo, aunque la invención se ha descrito en términos de una red de cable DOCSIS, el sistema y método también pueden aplicar a otras redes de cable también. Por lo tanto, la presente invención no pretende quedar limitada a las modalidades aquí mostradas, sino que se le acordará el alcance más amplio consistente con las reivindicaciones.

Claims (20)

NOVEDAD DE LA INVENCION Habiendo descrito el presente invento, se considera como una novedad y, por lo tanto, se reclama como prioridad lo contenido en las siguientes: REIVINDICACIONES

1.- Un método para procesar señales de datos en una red de datos de cable, el método comprende los pasos de: recibir una pluralidad de señales de datos desde una pluralidad de antenas ubicadas en ubicaciones separadas en la red de datos de cable; determinar una relación señal a ruido (SNR) asociada con cada una de las señales de datos recibida; y obtener una señal óptima que va a ser utilizada por el receptor con base en la SNR asociada con cada una de las señales de datos recibidas.

2. - El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque la obtención de una señal óptima comprende seleccionar una de las señales de datos recibidas que tienen la SNR más alta.

3.- El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque la obtención de una señal óptima comprende: seleccionar un factor de ponderación para aplicar a cada señal recibida con base en su SNR determinada ; aplicar el factor de ponderación seleccionado a cada señal recibida; y combinar las señales ponderadas.

4. - El método de conformidad con la reivindicación 3, caracterizado porque el factor de ponderación para cada señal es inversamente proporcional a la SNR de la señal.

5. - El método de conformidad con la reivindicación 2, que además comprende: monitorear la SNR asociada con cada señal para determinar si la SNR ha cambiado; conmutar a otra señal en caso que la SNR de las señales previamente seleccionadas, caiga por debajo de un umbral predefinido.

6. - El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque la red de datos de cable es una red de fibra coaxial híbrida (HFC) .

7. - El método de conformidad con la rei indicación 2, caracterizado porque la SNR promedio de la señal seleccionada incrementa conforme aumenta el número de señales.

8. - El método de conformidad con la reivindicación 3, caracterizado porque los factores de ponderación se aplican a las señales en paralelo. 9. - Una cabecera de red de cable que comprende un sistema de terminación de módem de cable (CMTS) , el

CMTS además comprende: un controlador de diversidad configurado para procesar señales de una pluralidad de antenas espacialmente separadas en la red de cable y procesar la pluralidad de señales a fin de reducir los efectos del desvanecimiento de trayectoria múltiple.

10. - La cabecera de red de cable de conformidad con la reivindicación 9, caracterizada porque el controlador de diversidad está configurado para: determinar una relación señal a ruido (SNR) asociada con cada una de las señales de datos recibida; y obtener una señal óptima con base en la SNR asociada con cada una de las señales de datos recibidas.

11. - La cabecera de red de cable de conformidad con la reivindicación 9, caracterizada porque el controlador de diversidad está configurado para obtener una señal óptima mediante: seleccionar un factor de ponderación que se va a aplicar a cada señal recibida con base en su SNR determinada; aplicar el factor de ponderación seleccionado a cada señal recibida; y combinar las señales ponderadas.

12. - La cabecera de red de cable de conformidad con la reivindicación 9, caracterizada porque el controlador de diversidad está configurado para obtener una señal óptima mediante la selección de una de las señales de datos recibidas que tienen la SNR más alta.

13. - Un medio legible por computadora para portar instrucciones para que una computadora ejecute un método de procesamiento de señales de datos en una red de datos de cable, el método comprende los pasos de: recibir una pluralidad de señales de datos desde una pluralidad de antenas ubicadas en ubicaciones separadas en la red de datos de cable; determinar una relación señal a ruido (SNR) asociada con cada una de las señales de datos recibidas; y obtener de una señal óptima con base en la SNR asociada con cada una de las señales de datos recibidas.

14. - El medio legible por computadora de conformidad con la reivindicación 13, caracterizado porque la obtención de una señal óptima comprende seleccionar una de las señales de datos recibidas que tienen la SNR más alta.

15.- El medio legible por computadora de conformidad con la reivindicación 13, caracterizado porque la obtención de una señal óptima comprende: seleccionar un factor de ponderación que se va a aplicar a cada señal recibida con base en su SNR determinada ; aplicar el factor de ponderación seleccionado a cada señal recibida; y combinar las señales ponderadas.

16.- El medio legible por computadora de conformidad con la reivindicación 15, caracterizado porque el factor de ponderación para cada señal es inversamente proporcionar a la SNR de la señal.

17. - El medio legible por computadora de conformidad con la reivindicación 14, caracterizado porque el método además comprende: monitorear la SNR. asociada con cada señal para determinar si la SNR ha cambiado; y conmutar a otra señal si la SNR de las señales previamente seleccionadas cae por debajo de un umbral predefinido .

18. - El medio legible por computadora de conformidad con la reivindicación 13, caracterizado porque la red de datos de cable es una red de fibra coaxial híbrida (HFC) .

19.- El medio legible por computadora de conformidad con la reivindicación 14, caracterizado porque la SNR promedio de la señal seleccionada incrementa conforme aumenta el número de señales.

20.- El medio legible por computadora de conformidad con la reivindicación 15, caracterizado porque los factores de ponderación se aplican a las señales en paralelo.