SISTEMAS DE COMUNICACIÓN POR CABLE COAXIAL Y APARATO QUE EMPLEA TÉCNICAS DE MODULACIÓN Y DESMODULACION DE UNA SOLA Y DE
VARIAS ONDAS SINUSOIDALES
Campo de la invención La presente invención se refiere a sistemas de comunicación por cable coaxial. Más particularmente, la presente invención se refiere a sistemas de comunicación por cable coaxial que emplean técnicas de modulación de una sola y de varias ondas sinusoidales, y a aparatos para modular y desmodular información de acuerdo con las técnicas de modulación en sistemas de comunicación por cable coaxial que emplean las técnicas de modulación. Antecedentes de la invención Los datos digitales comúnmente se transfieren de punto a punto al explotar una o más de las tres propiedades características de una señal de CA: Amplitud, Frecuencia y Fase. Algunos de los métodos de modulación que usan la propiedad de amplitud de los portadores son OOK (Tecleo Encendido-Apagado) y AM (modulación de amplitud) común. En OOK un bit de datos es representado por la presencia o ausencia de un portador (amplitud completa o amplitud cero) . En AM los bits de datos son representados por una diferencia en la amplitud relativa del portador o al usar diferentes tonos de
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frecuencia que representan los' datos digitales para modular por amplitud un portador. Los métodos de modulación típicos que usan la propiedad de frecuencia son FSK (Tecleo por Desplazamiento de Frecuencia) y FM (modulación de frecuencia) . Con FSK los estados binarios de datos digitales son representados con cambios de frecuencia abruptos entre dos frecuencias fijas predeterminadas. En FM los bits de datos son representados por una diferencia en la frecuencia relativa del portador o al usar diferentes tonos que representan los datos digitales para modular por frecuencia un portador . La modulación de fase también es un método de modulación común pero cuando se usa solo es difícil de distinguir de la FM. Recientemente métodos de modulación más sofisticados han surgido y han sido explotados. Como un ejemplo un método de modulación relativamente nuevo y popular está QAM (Modulación de Amplitud por Cuadratura) , el cual usa una combinación de modulación de amplitud y fase. Existen muchas variaciones diferentes de QAM dependiendo de la aplicación. Cada uno de estos métodos de modulación es viable, probado y usado en aplicaciones de comunicación adecuadas . Pocas características indeseables comunes a todos estos medios de modulación es que todos requieren de varios ciclos para transmitir un bit y al hacer esto generan bandas laterales
significativas . Estas bandas laterales son necesarias para extraer la información del portador y captar un ancho de banda significativo en el canal de comunicaciones, requiriendo de una separación significativa entre señales adyacentes . Breve descripción de la invención Una técnica de modulación de • cuerdo con la presente invención emplea uno o más portadores sinusoidales . Los datos digitales que comprenden un número de bits digitales son codificados dentro de cada mitad del ciclo sinusoidal . Cada uno individual de n bits es localizado a un ángulo de fase predeterminado del ciclo Qa . Una representación digital (por ejemplo un "cero") es representada por ningún cambio que ocurre en la amplitud Y de la forma de onda sinusoidal en el ángulo de fase T?. La otra representación digital (por ejemplo un "uno") es representada al alterar la forma de onda sinusoidal al ángulo de fase ?n. Como se prefiere actualmente, la forma de onda sinusoidal es alterada al mantener la amplitud Y = sin?n durante un intervalo corto ?? después del ángulo de fase Qa. Como alternativa, la forma de onda sinusoidal puede ser alterada al incrementar (o reducir) la amplitud de la forma de onda sinusoidal y luego manteniendo la amplitud Y = sin?(n+??¡ para el intervalo corto ?? después del ángulo de fase ?n . Como se prefiere actualmente, pero no
necesariamente, cada otro bit es invertido (es decir, un "uno" es invertido a un "cero" y un "cero" es invertido a un "uno") . Cualquiera o ambos del número de bits n y el ángulo de fase ?n de los ángulos de fase pueden alterarse en forma adaptiva o pueden alterarse en forma selectiva para un número de propósitos . En modalidades en las que una pluralidad de portadores sinusoidales son empleados, los portadores sinusoidales pueden estar relacionados en frecuencia de tal manera ue puedan ser generados teniendo una relación de fase caracterizada por todos los portadores estando simultáneamente a cero grados (sin? = 0) periódicamente. Una técnica de desmodulación de acuerdo con la presente invención detecta el portador modulado y retira los datos digitales al examinarlos para determinar si la función sinusoidal del portador ha sido alterada a un intervalo ?? después de cada ángulo de fase ?a. Por ejemplo, si el portador ha sido modulado al mantener la amplitud Y = sin?n durante un intervalo corto ?? después del ángulo de fase ?n, el portador modulado es examinado para determinar si Y = sin?n durante el intervalo ?? luego del ángulo de fase ?n o si la amplitud ha sido después de la función Y = sin? durante el intervalo ? después de cada ángulo de fase ?n . Este examen puede lograrse, por ejemplo, al mezclar el portador sinusoidal detectado con
una señal sinusoidal de referencia que tenga la misma frecuencia y fase que el portador para detectar diferencias de fase entre la señal sinusoidal de referencia y el portador modulado, o al llevar a cabo análisis de transformación de Fourier rápida (FFT) en el portador modulado. Los datos digitales pueden ser después guardados en memoria volátil o de otra manera procesados y utilizados como se conoce en la técnica de los datos digitales . Un aparato de modulación ejemplar de acuerdo con la presente invención puede emplearse para generar digitalmente el portador modulado. Puede usarse un contador para excitar un convertidor digital a análogo (D/A) a través de una tabla de consulta de funciones sinusoidales como se conoce en la técnica para generar un voltaje de salida sinusoidal a partir del convertidor D/A. La salida del contador en los puntos de tiempo que representan ?n puede ser enganchada en la tabla de consulta de funciones sinusoidales si se desea mantener la salida del convertidor D/A en el valor Y = sin? durante el intervalo ??. Al final del intervalo ??, el enganche se libera y la salida de conteo de corriente posterior del contador se presenta a la tabla de consulta. De acuerdo con una modalidad de la invención, la velocidad de bits es adaptable. Un aparato de desmodulación ejemplar de acuerdo con la presente invención puede emplearse para extraer la información digital del portador modulado. El portador
modulado se usa para generar una señal sinusoidal de referencia que tiene la misma frecuencia y fase que el portador modulado. El portador modulado y la señal sinusoidal de referencia se mezclan en un mezclador de doble balance. Circuitos digitales examinan la salida del' mezclador durante una ventana de tiempo que incluye y justo después del intervalo ?? para una señal que indique un cambio de fase entre el portador modulado y la señal sinusoidal de referencia. Las señales detectadas se convierten en la corriente de salida digital del desmodulador. Otro aparato de desmodulación ejemplar usa técnicas ópticas para extraer información digital del portador modulado. Estas técnicas explotan el hecho de que la luminosidad de un LED será más alto durante la presencia de un bit codificado. Un sistema de comunicaciones de acuerdo con la presente invención emplea un modulador para insertar al menos un vehículo modulado de acuerdo con la presente invención sobre un extremo de una línea telefónica u otra línea de comunicaciones de pares de cables. De preferencia, una pluralidad de esos portadores modulados, separados en frecuencia por una cantidad de banda de guarda, se inyectan en la línea. Un desmodulador es acoplado al otro extremo de la línea telefónica u otra línea de comunicaciones de pares de cables. De acuerdo con una modalidad de la invención, un
modulador y el desmodulador pueden localizarse en cada extremo de la línea y las comunicaciones pueden ser comunicaciones bidireccionales. De acuerdo con otra modalidad de la invención, el modulador y desmodulador pueden negociar una velocidad de bits que se usará en las comunicaciones . Otro sistema de comunicaciones de acuerdo con la presente invención emplea un modulador para insertar al menos un portador modulado de acuerdo con la presente invención sobre una línea de distribución de energía. De preferencia, una pluralidad de estos portadores modulados, separados en frecuencia por una cantidad de banda de guarda, son inyectados en la línea. Un desmodulador es acoplado a la línea de distribución de energía en una ubicación de cliente tal como una casa o negocio en, por ejemplo, una salida dúplex convencional. De acuerdo con una modalidad de la invención, las comunicaciones pueden ser comunicaciones bidireccionales . De acuerdo con otra modalidad de la invención, el modulador y el desmodulador pueden negociar una velocidad de bits que se usan en las comunicaciones . De acuerdo con otra modalidad más de la invención el sistema de comunicaciones puede usarse por una empresa generadora de electricidad para regular cargas durante periodos de alta demanda de carga al conmutar selectivamente aparatos y circuitos de iluminación en la ubicación del cliente. Otro sistema de comunicaciones de acuerdo con la
presente invención emplea un modulador para insertar por lo menos un portador modulado de acuerdo con la presente invención sobre un extremo de una línea de comunicaciones por cable coaxial. Los portadores modulados pueden ser convertidos ascendentemente en frecuencia antes de ser insertados sobre la línea de cable coaxial. De preferencia, una pluralidad de estos portadores modulados, separados en frecuencia por una cantidad de banda de guarda, son insertados en la línea. Un desmodulador es acoplado al otro extremo de la línea de comunicaciones por cable coaxial. De acuerdo con una modalidad de la invención, un modulador y desmodulador pueden localizarse en cada extremo de la línea y las comunicaciones pueden ser comunicaciones bidireccionales. De acuerdo con otra modalidad de la invención, el modulador y el desmodulador pueden negociar una velocidad de bits que se usará en las comunicaciones . Otro sistema de comunicaciones de acuerdo con la presente invención emplea un modulador para generar al menos un portador modulado de acuerdo con la presente invención y para modular más un portador de radiofrecuencia (RF) con el por lo menos un portador modulado para formar una señal RF inalámbrica. Los portadores modulados pueden ser convertidos ascendentemente en frecuencia antes de ser modulados por RF. De preferencia, una pluralidad de estos portadores modulados, separados en frecuencia por una cantidad de banda de guarda,
son modulados por RF. La señal modulada por RF es luego transmitida. La señal modulada por RF transmitida es después detectada por un receptor de RF terrestre. Un desmodul.ador es acoplado al receptor de RF terrestre. De acuerdo con una modalidad de la invención, las comunicaciones pueden ser comunicaciones bidireccionales . De acuerdo con otra modalidad de la invención, el modulador y el desmodulador pueden negociar una velocidad de bits que se usará en las comunicaciones . Otro sistema de comunicaciones de acuerdo con la presente invención emplea un modulador para generar al menos un portador modulado de acuerdo con la presente invención y para modular más un portador de radiofrecuencia (RF) con el por lo menos un portador modulado para formar una señal de RF inalámbrica. Los portadores modulados pueden ser convertidos ascendentemente en frecuencia antes de ser modulados por RF . De preferencia, una pluralidad de estos portadores modulados, separados en frecuencia por una cantidad de banda de guarda, son modulados por RF. La señal modulada por RF es luego transmitida a un satélite que órbita la tierra u otro satélite o nave espacial . Un desmodulador es acoplado al receptor RF en el satélite que órbita la tierra u otro satélite o nave espacial . El satélite o nave espacial que órbita la tierra u otro pueden retransmitir después la señal RF a otro receptor RF o pueden desmodularla para uso local. De acuerdo con una
modalidad de la invención, las comunicaciones pueden ser comunicaciones bidireccionales . De acuerdo con otra modalidad de la invención, el modulador y el desmodulador pueden negociar una velocidad de bits que se usará en las comunicaciones . Breve descripción de las figuras La figura lA es un diagrama que ilustra un portador sinusoidal individual ejemplar modulado de acuerdo con las técnicas de la presente invención. La figura IB es una gráfica de voltaje vs . tiempo tanto de un solo ciclo de un portador de onda sinusoidal modulado de acuerdo con las técnicas de la presente invención como de datos ejemplares detectados de ese portador. La figura 2 es un diagrama que ilustra una pluralidad de portadores sinusoidales que pueden ser modulados de acuerdo con las técnicas de la presente invención. La figura 3 es un diagrama de bloques de un circuito modulador ilustrativo para generar un portador sinusoidal modulado de acuerdo con las técnicas de la presente invención. La figura 4A y la figura 4B son, respectivamente, diagramas de bloques de un convertidor ascendente y convertidor descendente de frecuencia que pueden usarse en sistemas de comunicaciones de acuerdo con la presente invención. La figura 5A es un diagrama de bloques de una
pluralidad de circuitos moduladores ilustrativos, cada uno para generar un portador sinusoidal modulado, cuyas salidas se mezclan de acuerdo con las técnicas de la presente invención. La figura 5B es un diagrama de bloques de un sistema que incluye una pluralidad de circuitos moduladores ilustrativos, cada uno para generar un portador sinusoidal modulado, cuyas salidas se mezclan juntas de acuerdo con las técnicas de la presente invención. La figura 6 es un diagrama de bloques de un circuito desmodulador ilustrativo para extraer la información de un portador sinusoidal modulado de acuerdo con las técnicas de la presente invención. La figura 7 es un diagrama de bloques de una pluralidad de circuitos desmoduladores ilustrativos, cada uno para desmodular un portador sinusoidal modulado, cuyas salidas están combinadas en una corriente de datos de salida de acuerdo con las técnicas de la presente invención. La figura 8 es un diagrama de bloques de un circuito desmodulador óptico que puede usarse de acuerdo con la presente invención. La figura 9 es un diagrama de bloques de alto nivel que ilustra un sistema de comunicaciones de datos de módem por cable que utiliza portadores de ondas sinusoidales moduladas de acuerdo con la presente invención. La figura 10 es un diagrama de bloques que ilustra
sistemas de comunicaciones para una línea de comunicaciones por cable coaxial de acuerdo con la presente invención que emplea un modulador para insertar al menos un portador modulado de acuerdo con la presente invención sobre cada extremo de la línea de comunicaciones por cable coaxial y un desmodulador acoplado' a cada extremo de la línea de comunicaciones por cable coaxial . La figura 11 es un diagrama de bloques que ilustra un centro distribuidor de un sistema de comunicaciones del tipo mostrado en la figura 10. La figura 12 es un diagrama de flujo que ilustra un módem por cable de usuario que puede usarse en un sistema de comunicaciones del tipo mostrado en la figura 10. La figura 13 es un diagrama de flujo de un proceso ilustrativo de acuerdo con la presente invención para establecer una cuenta de usuario en un sistema de módem por cable de acuerdo con la presente invención. La figura 14 es un diagrama de flujo de un proceso ilustrativo de acuerdo con la presente invención para asignar portadores a un módem por cable de usuario. La figura 15 es un diagrama de flujo de otro proceso ilustrativo de acuerdo con la presente invención para asignar portadores a un módem por cable de usuario . La figura 16 es un diagrama de flujo de un proceso ilustrativo de acuerdo con la presente invención para cambiar
frecuencias portadoras de ondas sinusoidales en respuesta a errores de datos que excedan un umbral . La figura 17 es un diagrama de bloques que ilustra cómo técnicas de procesamiento de señales digitales pueden usarse en un sistema de comunicaciones de acuerdo con la presente invención para producir al menos un portador sinusoidal modulado como el mostrado en la figura 2. La figura 18 es un diagrama de bloques que ilustra cómo técnicas de procesamiento de señales digitales pueden usarse en un sistema de comunicaciones de acuerdo con la presente invención- para desmodular al menos un portador sinusoidal modulado. La figura 19 es un diagrama de bloques que ilustra una modalidad alternativa de un receptor de ondas sinusoidales de varias frecuencias. Descripción detallada de la invención Los expertos en la técnica se darán cuenta de que la siguiente descripción de la presente invención sólo es ilustrativa y de ninguna manera limitativa. Otras modalidades de la invención serán sugeridas fácilmente para estas personas capacitadas . En referencia primero a la figura 1A, es un diagrama que ilustra un portador sinusoidal individual 10 ejemplar modulado de acuerdo con las técnicas de la presente invención. Un medio ciclo positivo de una onda sinusoidal se muestra en
la figura 1A. El eje x de la figura ÍA es el ángulo de fase del portador sinusoidal 10 de 0o a 180° y el eje y de la figura 1A es la amplitud instantánea del portador sinusoidal 10 normalizada a un valor pico de 1 a un ángulo de fase de 90° como se conoce en la técnica. Las personas de capacidad ordinaria en la técnica apreciarán a partir de un examen de la figura 1 cómo se lleva a cabo la codificación del segundo medio ciclo del portador sinusoidal 10 de 180° a 360°. De acuerdo con la presente invención n bits digitales son codificados en cada mitad del ciclo sinusoidal. Cada uno individual de n bits se localiza en un ángulo de fase predeterminado del ciclo ?n. Una representación digital (por ejemplo un "cero") es representada por ningún cambio que ocurre en la amplitud Y de la forma de onda sinusoidal al ángulo de fase ?n. La otra representación digital (por ejemplo un "uno") es representada al alterar la forma de onda sinusoidal al ángulo de fase ?n. Como se prefiere actualmente, la forma de onda sinusoidal es alterada al mantener la amplitud Y = sin?n durante un corto intervalo ?? después del ángulo de fase ?n . Como se prefiere actualmente, cada otro bit es invertido (es decir, un "uno" es invertido a un "cero" y un "cero" es invertido a un "uno") . Las personas de capacidad ordinaria en la técnica apreciarán que alteraciones del portador sinusoidal que no sean mantener el voltaje constante
durante el intervalo ?? después del ángulo de fase ?a son posibles de acuerdo con las enseñanzas de la presente invención. Por ejemplo, la forma de onda sinusoidal puede ser alterada al incrementar (o reducir) la amplitud de la forma de onda sinusoidal y luego manteniendo la amplitud Y = sin?(n+??) para el corto intervalo ?? después del ángulo de fase ?n. Pueden emplearse combinaciones de estas dos técnicas de acuerdo con la presente invención. En la figura 1A, n se selecciona para que sea 4 únicamente con el propósito de facilitar la ilustración de la presente invención. La presente invención no está limitada a codificar 4 bits digitales por medio ciclo de portador sinusoidal 10 y las personas de capacidad ordinaria en ' la técnica observarán que otros números de bits pueden ser codificados por medio ciclo de portador sinusoidal 10. Las ubicaciones de los bits codificados en el portador 10 se muestran a los ángulos de fase ? , ?2, ?2, y T4, respectivamente. Estas posiciones de bit se muestran en la figura 1A localizadas simétricamente. Esta colocación, aunque conveniente para llevar a cabo la desmodulación de la señal, no es necesaria de acuerdo con la presente invención. Para los propósitos de la figura 1A, un valor de datos "cero" es representado por ningún cambio que ocurre en la amplitud Y de la forma de onda sinusoidal y un "uno" es
representado al alterar la amplitud Y de la forma de onda sinusoidal. En el ejemplo de la figura ÍA, se usa una técnica de modulación en la que cualquier otro bit es invertido (es decir, un "uno" es invertido a un "cero" y un "cero" es invertido a un "uno") . Por lo tanto, los bits 2 y 4 se muestran invertidos en la figura lA. Aunque esta técnica de modulación (invertir cualquier otro bit) se prefiere actualmente, las personas de capacidad ordinaria en la técnica apreciarán que esto no es necesario para llevar a la práctica la presente invención. La figura 1A ilustra codificación de la secuencia de cuatro bits 1000, en la cual los 2 y 4 son invertidos de tal forma que la secuencia codificada se muestra como 1101 codificada en el primer medio ciclo del portador sinusoidal 10. De esta manera, iniciando al ángulo de fase 0? y durante un intervalo corto ?? luego del ángulo de fase ?? r la función sin? se vuelve discontinua y el valor Y se mantiene constante al valor Y = sin?x . Al final del intervalo ??, el valor Y salta a Y = sin [?? + ??] . En forma similar, iniciando al ángulo de fase T2 y durante un intervalo corto ?? después del ángulo de fase ?2l la función sin? se vuelve discontinua y el valor Y de la función se mantiene constante en el valor Y = sin?x , ya que un "0) (un "1") invertido está siendo codificado. Al final del intervalo ??, el valor Y se eleva a Y = sin [?2 + ??] . No hay
interrupción de la función sin? en el intervalo de ángulo ?? inmediatamente después del ángulo de fase ?3, toda vez que se está codificando un cero en esa ubicación. Finalmente, iniciando en el ángulo de fase T4 y durante un corto intervalo ?? después del ángulo de fase T4, el valor Y se mantiene constante en el valor Y = sin? , toda vez que un "0" (un "1") invertido se está codificando. Al final del intervalo ?? el valor Y cae a Y = sin [?2 + ??] . A partir de un examen del primer y cuarto bits codificados, las personas de capacidad ordinaria en la técnica observarán que las porciones de la forma de onda en bits codificados a ángulos de fase ?i y ?4 no son simétricas . A ángulos de fase de menos de 90° la elevación del valor Y se retrasa y a ángulos de fase de más de 90° la caída del valor Y se retrasa. Sin embargo, en ambos casos, el cambio abrupto en el valor Y (?Y) ocurre en el intervalo ?? durante el cual Y ha sido constante. Este es el cambio abrupto que será detectado por el detector para desmodular la señal y extraer la información digital. Como se indicó previamente, las personas de capacidad ordinaria en la técnica apreciarán que a ángulos de fase de más de 90° el cambio abrupto se puede causar que ocurra al inicio del intervalo ?? o que el cambio abrupto en amplitud puede ser en el inicio del intervalo a los ángulos de fase de menos de 90° y al final del intervalo a ángulos de
fase de más de 902. Una porción central del portador sinusoidal 10 localizada simétricamente alrededor de 90° es identificada en la figura ÍA por rayas diagonales. Se cree que, como un asunto práctico, existe cierta gama de ángulos de fase localizados simétricamente alrededor de 90° para los cuales el cambio abrupto ?Y en el valor de Y será difícil o imposible de detectar toda vez que dsin?/d? (es decir, cos?) se acerca a cero al igual que ? se acerca a 90° desde ambas direcciones. Esto se puede ver al comparar ?Yl y ?Y2 y al notar que éste último es un cambio de amplitud más pequeño. Por lo tanto se prefiere actualmente evitar localizar las posiciones de bit cerca del ángulo de fase ? = 90° . El tamaño de esta zona de exclusión dependerá de factores tales como, pero no limitados a, el esquema de detección empleado, el medio de transmisión empleado y el nivel- de ruido ambiental en el medio de transmisión. Las personas capacitadas en la técnica apreciarán que variaciones de la técnica de modulación descrita con referencia a la figura 1A son posibles sin alejarse de los conceptos de la presente invención. Por ejemplo, este aspecto de la invención ha sido descrito con respecto al uso de un intervalo de ángulo de fase constante ?? para producir un cambio abrupto resultant.e en el valor de abrupto en el valor
de voltaje de Y. También se contempla usar un cambio abrupto constante en el valor de voltaje ?Y con el resultado de que la magnitud del intervalo de ángulo de fase ?? dependerá de la posición angular a la cual se desee el cambio en el valor de voltaje ?Y. Además, el voltaje durante el intervalo ?? en el ejemplo de la figura lA se mantiene constante en el valor Y = sin?n, pero otras funciones pueden emplearse. Otras técnicas, tales como combinaciones del ángulo de fase constante ?? y el cambio abrupto constante en el valor de voltaje ?Y pueden ser usadas. En referencia ahora a la figura IB, se presenta una gráfica de voltaje vs . tiempo tanto de un solo ciclo de un portador de ondas sinusoidales modulado de acuerdo con las técnicas de la presente invención como de datos ejemplares detectados a partir de ese portador. En el trazo superior, un solo ciclo de un portador de ondas sinusoidales de muestra modulado con cuatro bits por medio ciclo. En el trazo inferior, se muestra una representación del voltaje que pudiera ser detectado de ese portador usando las técnicas de la presente invención. Se indica la ausencia de datos codificados en la región simétrica alrededor de 90°. En referencia ahora a la figura 2 , un diagrama ilustra otro aspecto de la presente invención en el cual una pluralidad de portadores sinusoidales pueden ser desmodulados
con datos de señal diferentes en el mismo canal de comunicaciones de acuerdo con • las técnicas de la presente invención. En el ejemplo ilustrativo de la figura 2/ se puede observar que porciones de siete portadores sinusoidales se muestran dentro de un "cuadro" de 40 mS en donde todos los portadores están a un ángulo de fase de cero y en el inicio de cada cuadro. Las personas de capacidad ordinaria en la técnica entenderán que esto se puede lograr fácilmente al seleccionar frecuencias portadoras que estén matemáticamente relacionadas en frecuencia. En el ejemplo ilustrativo de la figura 2, se han seleccionado frecuencias portadoras que inician a 400 Hz y separadas por 25 Hz (es decir, 250 Hz, 275 Hz, 300 Hz, 325 Hz, 350 Hz, 375 Hz - y 400 Hz) . Como se muestra en el ejemplo particular ilustrado en la figura 2, el uso de 16 bits por ciclo da como resultado una velocidad de datos de 1,456 bits por cuadro o 36,400 bits por ciclo. Como se puede observar de la figura 2, los portadores están matemáticamente relacionados de tal manera que diez ciclos completos de un primer portador, once ciclos completos de un segundo portador, doce ciclos completos de un tercer portador, trece ciclos completos de . un cuarto portador, catorce ciclos completos de un quinto portador, quince ciclos completos de un sexto portador y dieciséis ciclos completos de un séptimo portador estén contenidos dentro del cuadro . Este encuadre, en el que todos los portadores están a un ángulo de
fase de cero al inicio de cada cuadro, no es necesario para llevar a la práctica la presente invención usando varios portadores, pero puede emplearse adecuadamente para la recuperación de datos y otras actividades de sincronización en un sistema de comunicaciones de acuerdo con la presente invención. Por ejemplo, el faseo de inicio de cuadro ilustrado en la figura 2 puede usarse para propósitos de sincronización, etc. Este aspecto de varios portadores de la presente invención puede emplearse para expandir el ancho de banda total que pudiera estar disponible en un canal de comunicaciones dado. Por ejemplo, como se describirá en la presente, el ancho de banda de una línea telefónica de pares trenzados típica es de aproximadamente 3 KHz . De acuerdo con la presente invención, una pluralidad de portadores sinusoidales pueden ser separados cada uno aproximadamente 50-100 Hz aparte en frecuencia dentro de esta escala de frecuencia y transmitirse sobre la misma línea telefónica. Esto se puede usar para incrementar significativamente el ancho de banda utilizable en cualquier canal de comunicación en el cual se emplee la presente invención. Las personas de capacidad ordinaria en la técnica reconocerán de esta descripción que otras separaciones de frecuencia serán utilizables a otras frecuencias. Por ejemplo, a una frecuencia de aproximadamente 100 MHz, una pluralidad de portadores
sinusoidales pueden ser separados aparte unos de otros por aproximadamente 500 KHz. Las personas de capacidad ordinaria en la técnica entenderán que, en cualquier sistema dado logrado de acuerdo con la presente invención, la separación de portadores requerida es simplemente aquella necesaria para evitar interferencia de frecuencias portadoras adyacentes durante la detección y dependerá de la escala de frecuencias utilizada, así como de las técnicas de detección que se empleen. De acuerdo con otro aspecto de la presente invención, pueden lograrse comunicaciones seguras al seleccionar combinaciones de dos o más frecuencias portadoras . Las transmisiones autorizadas en este sistema pueden identificarse por receptores configurados para detectar la presencia de la combinación seleccionada de frecuencias portadoras . De acuerdo con un aspecto de la presente invención, los sistemas de comunicaciones pueden adaptarse y pueden usar información enviada sobre un canal de control o desplazamientos de frecuencia detectados por el receptor para desplazar la frecuencia de uno o más portadores para propósitos tales como evitar ruido o minimización de ruido, propósitos de seguridad, habilitar varios modos de comunicaciones, identificar mensajes destinados a receptores seleccionados, identificar eventos, etc. Los propósitos para los cuales este aspecto de la invención pueden implementarse
variarán ampliamente y son en gran parte un asunto de elección de diseño. En referencia ahora a la figura 3 , un diagrama de bloques ilustra un circuito modulador ilustrativo para generar un portador sinusoidal modulado de acuerdo con las técnicas de la presente invención. El modulador de la figura 3 sólo es ilustrativo, y las personas de capacidad ordinaria en la técnica reconocerán que otros esquemas, tales como un microprocesador programado y técnicas de procesamiento de señales digitales (DSP) , máquinas de estado, etc, pueden emplearse para llevar a cabo esta función. Se conoce la generación de un voltaje sinusoidal mediante el uso de una tabla de consulta de funciones sinusoidales que excita un convertidor D/A. Los ángulos de fase de 0o a 360° son cuantificados a un número de valores individuales. Un contador de varios bits cuenta continuamente a través de estos valores individuales a una velocidad de reloj constante. La salida del contador de varios bits dirige la tabla de consulta de funciones sinusoidales que proporciona el valor de función sinusoidal codificado digital para cada ángulo de fase cuantificado. El convertidor D/A envía un voltaje proporcional al seno del ángulo de fase individual en la entrada de la tabla de consulta. Las dos variables son la resolución de ángulo de fase y la resolución del convertidor A/D. En el circuito
modulador ilustrativo de la figura 3, la escala de ángulos de fase de 0o a 360° se muestra resuelta a 9 bits, o una parte en 512, haciendo cada incremento de ? = 0.703125°. Las personas de capacidad ordinaria en la técnica apreciarán que pueden emplearse otras resoluciones, aunque el número de bits que pueden ser codificados en un medio ciclo del portador sinusoidal puede ser limitado para resoluciones más pequeñas. Por ejemplo, usando una resolución de 9 bits de ?, cada medio ciclo es resuelto a 256 ángulos individuales. Se cree que un limite práctico de 64 bits puede lograrse usando esta resolución angular. De manera similar, la resolución del convertidor D/A debe seleccionarse de tal forma que el tamaño de etapas sea lo suficientemente pequeño como para proporcionar una cantidad de distorsión relativamente baja en un portador sinusoidal no modulado generado de la misma. Se prefiere actualmente que la resolución del convertidor D/A sea aproximadamente 10 bits. Las personas de capacidad ordinaria en la técnica apreciarán que la resolución del convertidor D/A afectará la capacidad para usar técnicas de desmodulación FFT, toda vez que es deseable que el ?Y más pequeño contemplado sea significativamente más grande que el tamaño de la etapa D/A. Elementos lógicos individuales se ilustran en la figura 3. Las personas de capacidad ordinaria en la técnica apreciarán que estos elementos pueden fabricarse usando
tecnologías diferentes tales como tecnología bipolar, tecnología CMOS, etc., y que las familias lógicas tales como TTL, ECL, etc., se pueden seleccionar dependiendo de los requerimientos de velocidad dictados por las frecuencias operativas para las cuales estén diseñados los circuitos. Además, las personas expertas entenderán que estos elementos pueden integrarse sobre un solo circuito integrado, o que estos elementos pueden programarse en un circuito integrado programable tal como una disposición de entradas programables por campo o que las funciones lógicas llevadas a cabo pueden lograrse como una máquina de estado. En la figura 3, el generador de reloj 20 se muestra excitando el contador binario de 9 bits 22. La salida del contador de 9 bits proveniente del contador 22 se proporciona a través del elemento de retraso 24 al enganchador 26. El enganchador 26 está configurado para ser transparente mientras su entrada de reloj es baja y para enganchar en su salida el valor de 9 bits que aparezca en su entrada cuando su entrada de reloj se vuelva alta. La salida del enganchador 26 se usa para excitar la tabla de consulta de senos 28. La salida de la tabla de consulta de senos 28 excita al convertidor D/A 30. El convertidor D/A 30 se mueetra en la figura 3 teniendo una resolución de 10 bits en la figura 3, pero de esta descripción, las personas de capacidad ordinaria en la técnica entenderán que pueden emplearse diferentes resoluciones. El
portador sinusoidal modulado de la figura 1A aparece en la salida del convertidor D/A 30. Las personas de capacidad ordinaria en la técnica apreciarán que, en el ejemplo del contador de 9 bits de la figura 3 , la frecuencia del generador de reloj 20 se selecciona para que sea 512 veces la frecuencia del portador sinusoidal deseado . La modulación puede aplicarse al portador sinusoidal al congelar temporalmente la entrada a la tabla de consulta de senos 28 para un número de pulsos de reloj cuyos periodos juntos equivalgan al intervalo de tiempo deseado que corresponda a ??. Los diseñadores digitales experimentados apreciarán que existen numerosas formas con las cuales lograr esto. Un ejemplo ilustrativo de un método extremadamente flexible para llevar a cabo esta técnica de modulación se muestra en la figura 3 que usa una memoria no volátil 32. La memoria no volátil 32 puede ser cualquier clase de memoria no volátil, tal como una ROM de máscara, PROM, EPROM, EEPROM, memoria intermedia, etc. La salida del contador de 9 bits proveniente del contador 22 también se proporciona a los nueve bits menos significativos de la memoria no volátil 32, la cual tiene después una ubicación que corresponde a cada ángulo de fase individual en el cual el portador sinusoidal es resuelto. En el circuito de la figura 3 , las ubicaciones de memoria en la
memoria no volátil 32 que corresponden a ángulos de fase en las' escalas de [?x + ??] , [?2 + ??] , [?3 + ??] y [?4 + ??] contienen el valor "1" y las ubicaciones de memoria en la memoria no volátil 32 que corresponden a ángulos de fase fuera de estas escalas contienen el valor "0". Los datos que serán codificados son transferidos al registro de entrada de datos 34. El registro de entrada de datos 34 es un registro de entrada paralela y salida en serie. El registro de entrada de datos 34 es cargado con n bits de datos, n siendo el número de posiciones de bit que pueden ser codificadas en un medio ciclo del portador sinusoidal. El registro de entrada de datos 34 es regulado con un reloj por la salida de datos de la memoria no volátil 32. Antes del primer pulso del relo , el primer bit de datos aparece en la salida serial del registro de entrada de datos 34. Cuando el conteo de salida del contador de 9 bits 22 alcanza el valor que corresponde a la ubicación del ángulo de fase del primer bit de datos que será codificado, la salida de la memoria no volátil 32 presenta un valor de "1" como el descrito anteriormente. Si el valor del primer bit de datos que aparece en la salida en serie del registro de entrada de datos 34 también es un valor de "1", la salida de la compuerta AND 36 se vuelve verdadera (un valor de "1") . Esto -engancha el conteo del contador de 9 bits 22 en la salida del enganchador 26, causando que la salida del convertidor D/A permanezca
constante. A partir de un examen de la figura 3, las personas de capacidad ordinaria en la técnica apreciarán que el elemento de retraso 24 está interpuesto entre la trayectoria de salida del contador 22 para permitir que la salida de la memoria no volátil 32 y la salida de la compuerta AND 36 se establezcan antes de que el nuevo conteo alcance el enganchador 26. Durante este tiempo, el contador de 9 bits 22 continúa contando y su salida dirige secuencialmente los contenidos de la memoria no volátil 32. Siempre y cuando la salida de la memoria no volátil 32 presente un valor de "1" a * la compuerta ADN 36, la salida del enganchador 26 permanece enganchada. Cuando la salida de memoria no volátil 32 cae a un valor de "0", la compuerta AND 36 libera al enganchador 26 y el conteo de salida de corriente del contador de 9 bits 22 se presenta a la tabla de consulta 28, causando que la salida del convertidor D/A 30 se eleve inmediatamente (o caiga) hasta el valor de Y = sin? para el valor actual de ? representado por el conteo de salida de corriente del contador de 9 bits 22. Como se indicó previamente, existen numerosas formas en las cuales se puede modular al portador sinusoidal al congelar temporalmente la entrada a la tabla de consulta sinusoidal 28 para un número de pulsos de reloj cuyos periodos juntos sean iguales al intervalo de tiempo deseado que corresponda a ??. Una ventaja de emplear el esquema mostrado
en la figura 3 usando la memoria no volátil 32 es que las posiciones de los bits de datos a los ángulos de fase ??r ? , 0 , 4 , y los intervalos ?? pueden ajustarse en forma colectiva o individual simplemente al programar los contenidos de la memoria no volátil 32. Por ejemplo, como se describió anteriormente en la presente, las longitudes de intervalos ??, pueden ajustarse individualmente para causar de esta manera cambios ?Y sustancialmente iguales para representar valores de bits "1". Otra ventaja obtenida al emplear la memoria no volátil 32, como la mostrada en la figura 3, es que la velocidad de bits de la modulación puede alterarse selectivamente. La memoria no volátil 32 se muestra incluyendo entradas de dirección de más alto orden de bits 38 y 40, controladas por el controlador de velocidad de bits 42. Este ejemplo muestra la resolución de cuatro segmentos separados de memoria no volátil 32. Cada segmento puede ser programado con datos que representen diferentes números de ángulos de fase de codificación de bits, diferentes intervalos para ??, o diferentes combinaciones de ambos parámetros . Como se apreciará por las personas de capacidad ordinaria en la técnica, el controlador de velocidad de bits 42 puede configurarse para alterar en forma adaptiva y dinámica la velocidad de bits y/o los intervalos para la
modulación de ?? en respuesta a condiciones cambiantes dentro del canal de comunicación en el cual se emplee el modulador de la presente invención. Como un ejemplo no limitativo, esta técnica podría usarse para negociar la velocidad de conexión sobre líneas telefónicas de pares trenzados como se hace en los módems de marcado actuales. De manera similar, esta técnica puede emplearse .para alterar la velocidad de bits de la técnica de modulación de la presente invención en cualquier canal de comunicaciones en el cual se emplee para numerosos propósitos tales como compensar condiciones de cambio dinámico, tales como ruido, etc., en el canal de comunicaciones . Como también se apreciará por las personas de capacidad • ordinaria en la técnica, la velocidad de bits y/o una o más de las posiciones de ángulo de fase para la modulación ?? pueden ser cambiadas usando el controlador de velocidad de bits 42 y líneas de dirección adicionales para tener acceso a otras ubicaciones de memoria para otros propósitos. Estos propósitos incluyen identificar cuadros de sincronización, identificar encabezados de paquete para usarse en IP, u otros sistemas de protocolos de paquetes, o identificar otros eventos o condiciones. De esta manera, a la detección de bits "fuera de posición" en portadores recibidos
' puede asignársele significados tales como eventos de identificación, proporcionar datos adicionales, intercambiar
posiciones de bits de contenido de entretenimiento en sistemas de varios portadores para propósitos anti-piratería, etc. Estos significados pueden cambiar dependiendo de si esta actividad ocurre en un "cuadro". La naturaleza del controlador de velocidad de bits
42 dependerá en gran parte de la naturaleza y arquitectura del sistema en el cual el modulador esté colocado y de las condiciones que se usarán para alterar la velocidad de bits o las posiciones de ángulo de fase de bits. Co o un ejemplo, el controlador de velocidad de bits 42 puede ser configurado como una máquina de estado, un microcontrolador o un microprocesador. La configuración de la máquina de estado y/o programación del microcontrolador o microprocesador por supuesto, dependerán del proceso exacto que se esté llevando a cabo y es una tarea de rutina para una persona de capacidad ordinaria en la técnica. Sin embargo, como un ejemplo general, el controlador de velocidad de bits puede acondicionarse para detectar la presencia de una condición, solicitar, interrumpir, llevar a cabo o similar, y establecer una dirección a una ubicación en la memoria 32 que contenga los datos para producir el número de bits* deseado y/o establecer una o más posiciones de bits a ángulos de fase deseados del portador sinusoidal para llevar a cabo la respuesta específica a la condición, solicitud, interrupción, evento o similar. Si se están codificando datos
adicionales, un ajuste de ángulo de fase de las posiciones de bits en el portador sinusoidal puede representar un primer estado digital (por ejemplo, un "cero") y un segundo ajuste de ángulo de fase de las posiciones de bit en el portador sinusoidal puede representar un segundo estado digital (por ejemplo, un "uno"). Un receptor para desmodular las ondas sinusoidales moduladas de la presente invención puede ser acondicionado para detectar uno o más bits "fuera de posición" en uno o más portadores y llevar a. cabo diferentes acciones con base en la detección y los significados asignados a la condición. Una ventaja en emplear esta técnica de acuerdo con la presente invención es que esto se puede lograr mientras se utilizan aún los datos detectados, significando que este incremento en la función puede obtenerse sin degradar el ancho de banda del canal de comunicaciones. Por ejemplo, un canal que presente bits codificados "fuera de posición" puede usarse para indicar que el sistema está a punto de incrementar o reducir el número de portadores en el canal . Las personas de capacidad ordinaria en la técnica entenderán que los usos para esta capacidad de inteligencia adicional de la presente invención son virtualmente ilimitados y son adaptables a la configuración y uso final particulares del sistema en el cual se empleen. La salida del convertidor D/A 30 puede ser regulada, y/o mezclada con salidas de convertidores D/A provenientes de
otros moduladores como los descritos en la presente, y de otra manera puede acondicionarse más, por ejemplo, mediante modulación adicional o conversión de frecuencia según sea necesario para preparar señales para su inserción en varios canales de comunicación. Este aspecto de la presente invención se ilustra en las figuras 4A y 4B, a las cuales se atrae ahora la atención. La figura 4A es un diagrama de bloques de un convertidor ascendente de frecuencia que puede usarse para preparar portadores modulados para la transmisión en sistemas de comunicación de acuerdo con la presente invención. El oscilador local 40 excita una entrada del mezclador RF balanceado 42. Un conjunto de portadores de onda sinusoidal modulados se presenta a la otra entrada del mezclador RF balanceado 42. La salida del mezclador RF balanceado 42 se pasa a través de un filtro de paso de banda 44. La disposición de la figura 4A para usarse como un convertidor ascendente se conoce bien en la técnica RF. La figura 4B es un diagrama de bloques de un convertidor descendente de frecuencia que se puede usar para convertir en forma descendente señales portadoras moduladas recibidas en sistemas de comunicaciones de acuerdo con la presente invención. Al igual que en la figura 4A, el oscilador local 40 excita una entrada del mezclador RF balanceado 42. La entrada RF es recibida y presentada a otra entrada del
mezclador RF balanceado 42 a través del filtro de paso de banda 46. La salida del mezclador RF balanceado 42 es pasada a un detector del tipo descrito en la presente. La disposición de la figura 4B para usarse como un convertidor descendente también se conoce bien en la técnica de radiofrecuencia. Como un ejemplo del uso de convertidores ascendentes y convertidores descendentes en el contexto de la presente invención, los portadores a frecuencias en la escala de 1 MHz pueden ser convertidos en frecuencia a la escala de 100 MHz para su transmisión sobre canales de comunicación por cable
- coaxial, y a la escala de 100 MHz pueden convertirse en frecuencia a la escala de gigahertz para la transmisión sobre canales de comunicación de enlace por microondas tales como enlaces de punto a punto terrestres o enlaces satelitales . Las técnicas para este acondicionamiento de señal y conversión de frecuencias se conoce bien en la técnica. Otro aspecto de la invención se ilustra en la figura 5A, la cual es un diagrama de bloques de una pluralidad de circuitos moduladores ilustrativos, cada uno para generar un portador sinusoidal modulado, cuyas salidas son mezcladas juntas de acuerdo con las técnicas de la presente invención. Los circuitos moduladores 50-1, 50-2, 50-3 y 50-4, pueden configurarse todos como se ilustra en la figura 3 o pueden configurarse de otra manera. La salida del portador sinusoidal modulado de cada modulador se alimenta al circuito mezclador
52. El circuito mezclador 52 puede configurarse simplemente como un amplificador de suma como se conoce en la técnica puede configurarse de otra manera. La salida del circuito mezclador 52 es una forma de onda compuesta que contiene todos los portadores sinusoidales modulados individuales provenientes de los circuitos moduladores 50-1, 50-2, 50-3 y 50-4. La forma de onda compuesta en la salida del circuito mezclador 52 puede acondicionarse más de otra manera, por ejemplo, mediante modulación o conversión de frecuencia adicional según sea necesario para preparar las señales para su inserción en varios canales de comunicación. Las técnicas para este acondicionamiento y conversión de señales se conocen bien en la técnica. En referencia ahora a la figura 5B, un diagrama de blogues muestra un sistema 60 que incluye una pluralidad de circuitos moduladores ilustrativos, cada uno para generar un portador sinusoidal modulado, cuyas salidas se mezclan juntas de acuerdo con las técnicas de la presente invención. El transmisor de datos de desplazamiento de fases elemental de varias frecuencias descrito en la presente es uno de los muchos objetivos de un método para usar en los desplazamientos de fase elementales de un portador ara transportar datos digitales . Un controlador 62 proporciona la supervisión y
control del sistema. La memoria de datos 64 almacena los datos que provienen desde su origen. Los datos ingresados son sincronizados provenientes de la fuente externa. Pueden estar en serie o en paralelo. La memoria de datos 64 bajo la supervisión del controlador 62 envía un - bit • de datos específico justo en el momento correcto para la evaluación (si es un uno) o des-evaluación (si el bit es un cero) de un cambio de fase elemental como se describió arriba. Una pluralidad de máquinas de estado secuenciadoras 66-1 a 66-6 como el nombre lo indica, son cada una máquinas de estado que, cuando son sincronizadas, secuencian a través de las salidas de dirección para excitar una pluralidad de tablas de consulta de ondas sinusoidales (LUTs) 68-1 a 68-6 correspondientes, respectivamente. Las personas de capacidad ordinaria en la técnica apreciarán que el número de estas máquinas dé estado secuenciadoras usadas en una modalidad real de la presente invención es arbitrario y sólo se muestran seis como un ejemplo ilustrativo. Cada una de las máquinas de estado 66-1 a 66-6 se usan para generar los portadores de onda sinusoidales de acuerdo con los principios de la presente invención y pueden configurarse, por ejemplo, para llevar a cabo el proceso descrito con respecto a la figura 3 o un proceso equivalente que genere al portador de onda sinusoidales modulado de las figuras lA y IB. Las LUTs de ondas sinusoidales 68-1 a 68-6 son
memorias programadas fijas similares a una Memoria de Sólo Lectura (ROM) . Estas memorias son programadas cada una de tal manera que por cada ubicación de dirección de entrad el registro de datos contenga un valor digital específico de la amplitud de una onda sinusoidal a una fase o ángulo específico de la ubicación de la onda. En implementaciones comunes ya que las direcciones son estimuladas secuencialmente la salida de datos envía una representación digital de una onda sinusoidal. La amplitud pico es fijada y la frecuencia de las ondas sinusoidales corresponde directamente a la velocidad de las direcciones que son secuenciadas en número de etapas de dirección que constituyen una onda completa. Las máquinas de estado secuenciadoras 66-1 a 66-6 tienen cada una tres entradas: reloj, datos y reinicio. El reloj causa que las máquinas de estado secuenciadoras 66-1 a 66-6 secuencien a través de las direcciones para producir una señal de ondas sinusoidales de las LUTs 68-1 a 68-6. Cuando un bit de datos está presente y a la ubicación de fase correcta de . la onda sinusoidal el secuenciador causará que su LUT asociada retrase su salida y cause un cambio de fase elemental en su salida. El reinicio, cuando es evaluado, lleva a cada máquina de estado secuenciadora de regreso a un estado conocido . Las LUTs 66-8 a 68-6 son cada una esencialmente una memoria preprogramada fija similar a una Memoria de Sólo
Lectura (ROM) . Esta memoria se programa de tal' manera que por cada entrada la ubicación de dirección el registro de datos contenga un valor digital específico de la amplitud de una onda sinusoidal a una fase o ángulo específico de la ubicación de la onda. En implementaciones comunes ya que las direcciones son - estimuladas secuencialmente la salida de datos envía una representación digital de una onda sinusoidal . La amplitud pico es fijada y la frecuencia de ondas sinusoidales corresponde directamente a la velocidad de las- direcciones son secuenciadas y el número de etapas de dirección que constituyen una onda completa. Existen numerosos esquemas que pueden emplearse para distribuir los datos de la memoria de datos 64 para distribuir los datos a una máquina de estado secuenciadora 66-1 a 66-6. Como se indicó anteriormente, la velocidad de datos para cada máquina de estado secuenciadora 66-1 a 66-6 será diferente. Una forma ejemplar de distribuir los datos es distribuir cada bit en turno a una de las máquinas de estado secuenciadoras 66-1 a 66-6 que vaya a codificar el siguiente bit. Este método puede ser referido en la presente como "progresión" y tiene la ventaja de que no requiere el reensamble de los datos en el receptor toda vez que los datos están en forma de una corriente de datos en serie simple. Esta sincronización puede derivarse como un asunto de matemáticas simples toda vez que se especifica un diseño de sistema y se
determina el número de frecuencias de los portadores . Los detalles de la entrada de los datos a las máquinas de estado secuenciadoras 66-1 a 66-6 adecuadas provenientes de un distribuidor de datos de acuerdo con una secuencia conocida son un aspecto de diseño de circuitos digitales de rutina. Nuevamente con referencia a la figura 2 como un ejemplo, y suponiendo que 4 bits serán codificados en cada medio ciclo de cada portador de ondas sinusoidales, la posición absoluta en tiempo para cada posición angular de ángulos de fase 0?, ? , ?2 y T4 se puede calcular fácilmente para cada portador de ondas sinusoidales en un solo cuadro. Cada uno de estos tiempos, y uno de los portadores de onda sinusoidales con el cual esté asociado, pueden usarse por el controlador 62 para distribuir el siguiente bit de datos a la máquina de estado secuenciadora 66-1 a 66-6 adecuada. Otra forma ejemplar para distribuir los datos es, para cada cuadro, asignar a cada una de las máquinas de estado secuenciadoras 66-1 a 66-6 un bloque de datos que tenga un número de bits igual al número de bits que el secuenciador codificará en el cuadro actual. Esta información se conoce una vez que un diseño de sistemas se especifica y el número y frecuencias de los portadores se determina. En el ejemplo de la figura 2, la tabla 1 muestra el número de bits que se usarán por cuadro para cada portador .
Como se apreciará por las personas de capacidad ordinaria en la técnica, dependiendo de la complejidad de la distribución de datos en el extremo de codificación, este esquema de distribución de datos podría ser restringido toda vez que no podría ser posible recibir velocidades de datos extremadamente rápidas en el extremo receptor debido a que el distribuidor de datos tiene que esperar a que los bloques de datos de cada portador sean llenados antes de que los bloques estén listos para su liberación. Las salidas de las LUTs 68-1 a 68-6 se presentan a los convertidores D/A 70-1 a 70-6, respectivamente. Los convertidores D/A 70-1 a 70-6 convierten en forma lineal y continua los bytes digitales de 8 bits paralelos a partir de los LUTs 68-1 a 68-6 a la entrada del amplificador de suma 72. El amplificador de suma 72 es una configuración convencional de un circuito que usa un amplificador operativo para agregar linealmente varias señales análogas individuales juntas y producir una señal compuesta.
Una técnica de desmodulación de acuerdo con la presente invención detecta el portador modulado y lo examina para determinar si la función sinusoidal del portador ha sido alterada a un intervalo ?? después de cada ángulo de fase ?n. Por ejemplo, si el portador ha sido modulado al mantener la amplitud Y = sin?n durante un intervalo corto ?? después del ángulo de fase ?n, el portador modulado es examinado para determinar si Y = sin?n durante el intervalo ?? después del ángulo de fase ?n o si la amplitud ha sido después de la función Y = sin? durante el intervalo ?? luego de cada ángulo de fase ?n. Este examen puede lograrse, por ejemplo, al mezclar el portador sinusoidal detectado con una señal sinusoidal de referencia que tenga la misma frecuencia y fase que el portador para detectar diferencias de fase entre la señal sinusoidal de referencia y el portador modulado, o al llevar a cabo análisis de transformación de Fourier rápida (FFT) en el portador modulado. Este desmodulador también puede contener circuitos para detectar bits "fuera de posición" dispuestos en uno o más de los portadores . La figura 6 es un diagrama de bloques de un circuito desmodulador ilustrativo para extraer la información de un portador sinusoidal modulado de acuerdo con las técnicas de la presente invención. Primero, el portador sinusoidal modulado de entrada se presenta al bloque acondicionador de entrada de
señal 80. La naturaleza de los circuitos dentro del bloque acondicionador de entrada de señal 80 dependerá del medio de transmisión usado en el canal de comunicación. Por ejemplo, si el medio de transmisión es un cable de pares trenzados tal como el que sería encontrado en una red telefónica, el bloque de acondicionamiento de entrada de señal 80 puede formarse a partir de un receptor de línea diferencial . Si el medio de transmisión es un transmisor de radio o microondas, como puede ser el caso en un sistema de comunicaciones inalámbricas o vía satélite, el bloque acondicionador de entrada de señal 80 puede consistir en los circuitos frontales RF e IF usuales, incluyendo antenas, amplificadores RF, convertidores descendentes y detectores de RF si es aplicable al sistema de RF usado. La salida del bloque acondicionador de entrada de señales 80 se presenta al filtro de paso de banda angosto 82. El filtro de paso de banda angosto 82 debe tener una Q de aproximadamente al menos 100. La frecuencia central del filtro de paso de banda angosto 82 se selecciona para ser la frecuencia del portador sinusoidal modulado . La señal proveniente del filtro de paso de banda angosto 82 se amplifica en el amplificador 84 y se presenta a un lado de un mezclador doblemente balanceado 86. El otro lado del mezclador doblemente balanceado 86 es alimentado por la salida del oscilador controlado numéricamente (NCO) 88. La frecuencia y
fase del NCO 88 se ajustan a la frecuencia y fase de una de las ondas sinusoidales moduladas dentro de la banda de paso del filtro de banda de paso 82. En un sistema de comunicaciones de la presente invención que emplea una pluralidad de portadores modulados con un canal de comunicaciones, se hace una provisión para desmodular separadamente cada uno de los portadores para extraer los datos codificados . En referencia ahora a la figura 7, un diagrama de bloques muestra una línea de entrada 90 que excita una pluralidad de una pluralidad de mezcladores balanceados 92, 94, 96 , 98 , 100 y 102 ilustrativos. Se muestran seis mezcladores balanceados en la figura 7, pero las personas de capacidad ordinaria en la técnica entenderán fácilmente que puede usarse cualquier número de mezcladores balanceados dependiendo de cuántas ondas sinusoidales moduladas de frecuencia diferente fueron generadas por los circuitos moduladores de la figura 5A. Los mezcladores balanceados 92, 94, 96, 98, 100 y 102 también son excitados desde las salidas del generador de ondas sinusoidales múltiples NCO 104. Cada salida es una forma de onda sinusoidal a una de las frecuencias de los portadores modulados por ondas sinusoidales de los cuales va a extraerse la información codificada digitalmente. Las salidas de los mezcladores balanceados 92, 94, 96, 98, 100 y 102 se combinan en una corriente de datos de salida en serie paralela en el
convolutor de datos 106 de acuerdo con técnicas conocidas. El convolutor de datos 106 reensambla los datos digitales provenientes de las ondas sinusoidales moduladas individuales. Debido a que las ondas sinusoidales moduladas individuales están a diferentes frecuencias, los n bits de datos provenientes de cada una llegan a diferentes velocidades. Por ejemplo, en un sistema que usa un ancho de banda de línea telefónica de menos de 3 KHz, las frecuencias portadoras pueden ser 1 KHz, 1.2 KHz, 14 KHz... 3 KHz. Los datos en el portador de 1 Khz llegan a una velocidad de n bits por 1 mSeg. Los datos en el portador de 3 Khz llegan tres veces a esa velocidad. El reensamble de los datos provenientes de los diferentes portadores no es demasiado diferente al reensamble de datos de paquete en una red de paquetes IP. Pueden ampliarse varias técnicas conocidas. Las personas de capacidad ordinaria en la técnica entenderán que los detalles del proceso del reensamble variarán como una función de la manera en la cual los datos se dividieron entre los diferentes portadores en un sistema de varios portadores. De acuerdo con un aspecto de la invención, un portador puede emplearse para llevar a cabo información de control necesaria para uno o más aspectos de la comunicación, o una combinación de información de control y datos . Dependiendo de la cantidad de información de control requerida en un canal de comunicaciones, la información de control puede
codificarse en el portador que tenga la velocidad de datos más baja (es decir, el portador de 1 KHz en el ejemplo anterior) , la velocidad de datos más alta (es decir, el portador de 3 Khz en el ejemplo anterior) o en uno de los demás portadores. En referencia ahora a la figura 8, se muestran un circuito y método alternativos para desmodular un portador sinusoidal modulado de acuerdo con los principios de la presente invención. Este desmodulador opera al excitar un presentador visual LED de puntos móviles, en donde el punto iluminado representa el nivel de la onda sinusoidal modulada recibida. Debido a que el voltaje de las porciones no moduladas del portador de ondas sinusoidales y porciones del portador moduladas como un bit cero (tal como se muestra al ángulo de fase ?4 de la figura 1A) , cambia en forma bastante rápida mientras que el voltaje y el nivel del voltaje en porciones del portador moduladas con un bit (tal como se muestra en el ángulo de fase T4 de la figura ÍA) permanece constante durante un periodo más largo, el LED que corresponde al nivel de voltaje que inicia en el ángulo de fase ? de la figura lA será más brillante durante un mayor tiempo. Esta diferencia en intensidad es detectada y decodificada. El circuito desmodulador de la figura 8 ingresa una de las ondas sinusoidales moduladas a un circuito lógico y excitador LED 110. En una modalidad de la invención el circuito lógico y excitador LED 110 puede ser un circuito
integrado de presentación visual por barras de puntos tal como un circuito integrado LM 3914 disponible de National Semiconductor Corporation de Santa Clara, CA. El LM3914 es un circuito integrado monolítico que detecta niveles de voltaje análogos y tiene salidas para excitar una pluralidad de LEDs, de esta manera proporcionando un visor análogo lineal. El visor puede configurarse como un visor de puntos en movimiento. Las salidas del circuito excitador lógico y el LED 110 se muestran excitando cinco circuitos opto-aislantes 112-1 a 112-5. Cada circuito opto-aislante contiene un LED acoplado ópticamente a un fototransistor. El LED tiene su ánodo acoplado a un potencial positivo y su cátodo acoplado a una de las salidas del circuito lógico y LED excitador 110. Los emisores de los fototransistores se muestran a tierra en la figura 8 y los colectores están acoplados juntos y acoplados a un resistor de paso potencial de voltaje positivo 114, aunque las personas de capacidad ordinaria en la técnica apreciarán que pueden emplearse otras configuraciones de circuito. La diferencia entre un bit "cero" y un bit "uno" es un voltaje más bajo en el fondo del resistor 114 para un bit "uno" debido a la corriente más alta extraída por uno de los fototransistores que está conduciendo. La sincronización del nivel de voltaje para determinar qué bit está siendo detectado se deriva fácilmente del voltaje, fase e información de cuadro disponibles las cuales están disponibles en el sistema
particular. Las personas de capacidad ordinaria en la técnica apreciarán que la configuración de la figura 8 funcionará sobre una amplia gama de frecuencias y que se debe tener cuidado en seleccionar los componentes para este circuito destinado para usarse a frecuencias más altas para asegurar que sus tiempos de respuesta sean adecuados para la frecuencia de uso deseada. Un sistema de comunicaciones de acuerdo con la presente invención emplea un modulador para insertar al menos un portador modulado de acuerdo con la presente invención sobre un extremo de una línea telefónica o sobre otra línea de comunicaciones de pares de cables. De preferencia, una pluralidad de estos portadores modulados, separada en frecuencia por una cantidad de banda, se inyectan en la línea. Un desmodulador es acoplado al otro extremo de la línea telefónica u otra línea de comunicaciones de pares de cables . De acuerdo con una modalidad de la invención, un modulador y el desmodulador pueden localizarse en cada extremo de la línea y las comunicaciones pueden ser comunicaciones bidireccionales. De acuerdo con otra modalidad de la invención, el modlador y el desmodulador puede negociar una velocidad de bits que se usará en las comunicaciones . En referencia ahora a la figura 9 , un diagrama de bloques de alto nivel muestra un sistema de comunicaciones de
datos de módem por cable 120 ilustrativo que utiliza portadores de ondas sinusoidales moduladas de acuerdo con la presente invención. El sistema de comunicaciones 120 incluye un "centro distribuidor" 122 que está configurado normalmente para transmitir señales de CATV sobre un cable coaxial 124 como se conoce en la técnica. El centro distribuidor 122 está adaptado para usarse en la presente invención toda vez que incluye circuitos necesarios para modular y desmodular información digital que pase entre el centro distribuidor y una pluralidad de abonados de acuerdo con la presente invención. Una pluralidad de receptores de abonado 126, 128, 130, 132 y 134 están acoplados a un cable coaxial 124 como se conoce en la técnica. Los detalles mecánicos y eléctricos de sistemas de distribución por cable coaxial se conocen por las personas de capacidad ordinaria en la técnica y no se describirán en la presente para evitar oscurecer la descripción de la invención. Cada receptor de abonado 126, 128, 130, 132 y 134 incluirá un módem de cable que se usa para modular y desmodular los portadores de ondas sinusoidales usados para llevar información entre cada abonado y el centro distribuidor de acuerdo con la presente invención. La figura 10 es un diagrama de bloques de alto nivel de la porción de un centro distribuidor 122 ilustrativo que se
puede emplear en un sistema de comunicaciones de datos por cable-módem que utiliza portadores de ondas sinusoidales modulados de acuerdo con la presente invención. La porción convencional del centro distribuidor 122 que se usa para transmitir señales de CATV a abonados no se muestra en la figura 10. El cable coaxial 124 está acoplado a un canal de control 136 que incluye al menos un par de modulador y desmodulador de ondas sinusoidales de acuerdo con la presente invención. Este por lo menos un par de modulador y desmodulador de ondas sinusoidales se emplea co o un canal de control para usarse en establecer comunicación bidireccional entre el centro distribuidor 122 y cualquiera de los módems de cable del abonado que están acoplados al cable coaxial 124. Después se pueden usar técnicas convencionales de conversión de frecuencias para convertir en forma ascendente las ondas sinusoidales moduladas en el canal de control para ocupar un espacio en el dominio de frecuencias dentro del ancho de banda de CATV. El sistema de comunicaciones 120 usa el canal de control 136 para iniciar sesiones con abonados existentes, cambiar niveles de servicio y agregar o quitar características de sistema a las cuentas de los abonados existentes. El canal de control 136 también se puede usar para registrar abonados nuevos al sistema, y para llevar a cabo tareas domésticas
relacionadas con los diferentes abonados del sistema, tales como asignar portadores de ondas sinusoidales particulares a abonados individuales sobre una base de sesión o sobre una base más permanente. El canal de control 136 también puede usarse para administrar el contenido de descarga a abonados individuales, tales como programas de entretenimiento de pago por evento y otro contenido . El canal de control 136 se interconecta con el controlador 138. El controlador 138 puede ser un microcontrolador y microprocesador y administra la interacción del canal de control 136 y una base de datos 140. La base de datos 140 se usa para almacenar información de cuenta de abonado. Esta información puede incluir, pero no está limitada a, identidad, dirección e información de facturación, información del nivel de servicio, información de las características de servicio, etc. Además, la base de datos 140 incluye un número de tablas . Una tabla de frecuencias asignada mantiene rastro de las frecuencias del sistema que han sido asignadas y de las que permanecen no asignadas. Esta tabla se consulta y se usa para evitar la posibilidad de conflictos al evitar la asignación de la misma frecuencia que será usada por dos módems de cable de usuarios diferentes. Una tabla de frecuencias en uso puede emplearse para mantener una lista de frecuencias de transmisión recepción que
están actualmente en uso en sesiones entre el centro distribuidor y los diferentes módems por cable de usuario. Esta tabla también se puede consultar y usar para evitar la posibilidad de conflictos al evitar la asignación de la misma frecuencia que se usará por dos módems de cable de usuario diferentes. Además, esta tabla puede usarse, por ejemplo, durante periodos de alto uso, para asignar frecuencias de transmisión y recepción actualmente no usadas al grupo de frecuencias disponibles para proporcionar ancho de banda adicional. El controlador 138 también se intercontecta con la interfaz de estructura de datos 142. como se conoce en la técnica, la interfaz de estructura de datos 142 está acoplada a un canal de ancho de banda alto 144 para la comunicación a través de una red tal como la Internet, una red privada o una •Intranet. La interfaz de estructura de datos 142 está configurada para actuar como una interfaz de estructura de datos convencional como la que se conoce en la técnica. Los generadores, moduladores y combinadores de ondas sinusoidales 146 del tipo descrito en la presente son acoplados a la interfaz de estructura de datos 142 por medio de datos internos y un bus de control 148. Los generadores, moduladores y combinadores de portadores de ondas sinusoidales 146 toman datos destinados para los abonados y preparan, modulan por ondas sinusoidales, canalizan y transmiten los
datos a los abonados de la manera descrita en la presente. Según se describe aquí, los generadores, moduladores y combinadores de portadores de ondas sinusoidales 146 están de preferencia configurados para generar y modular una pluralidad de portadores de ondas sinusoidales, aunque se contemplan modalidades en las cuales se emplean portadores de ondas sinusoidales modulados individuales. Receptores y detectores 150 también están acoplados al bus de datos internos y de control 148. Los detectores y receptores 150 reciben y desmodulan los datos de portadores modulados por ondas sinusoidales transmitidos desde los abonados y los pasan al canal de alto ancho de banda a través de la interfaz de estructura de datos 142. Al igual que con los generadores, moduladores y combinadores de portadores de onda sinusoidales 146, los receptores y detectores 150 están configurados de preferencia para generar y modular una pluralidad de portadores sinusoidales, aunque se contemplan modalidades en las cuales se contemplan portadores de ondas sinusoidales modulados individuales. En- referencia ahora a la figura 11, un diagrama de bloque muestra un módem de cable de abonado ilustrativo 160 de acuerdo con la presente invención. El módem de cable 160 incluye un transceptor de canales de control 162 y un transceptor de varios canales 164, acoplado al cable coaxial 124. El transceptor de canales de control 162, modula,
transmite y recibe datos de canal de control hacia y desde el centro distribuidor 122 como el descrito en la presente, y el transceptor de varios canales 164 modula, transmite y recibe datos de usuario hacia y desde el centro distribuidor 122. Cada módem de cable de abonado 160 incluye un controlador 166 que controla su operación. El controlador 166 puede ser un microcontrolador o un microprocesador y está acoplado al transceptor de canales de control 162 y al transceptor de varios canales 164, así como a una unidad de ID de Hardware 168 y una memoria no volátil 170 por medio de un bus de datos y control interno 172. La unidad ID de hardware 168 puede ser una memoria de sólo lectura y contiene datos que definen en forma única el módem de cable de abonado individual 160. La memoria no volátil 170 se usa para almacenar información descargada desde el centro distribuidor haciendo posible que varias características del sistema de comunicaciones vía módem por cable y/o almacenar una lista de frecuencias de transmisión y recepción para cualquiera de el canal de control y los canales de datos . Los componentes del módem de cable de abonado 160 incluyen el transceptor de canales de control 162, transceptor de canales varios 164, controlador 166, unidad ID de hardware 168 y memoria no volátil 70 se comunican unos con otros a lo largo de' un bus de datos/control 172. La interfaz de computadora 174 también está acoplada al bus de datos/control
172 y proporciona una interfaz tal como USB, servidor de seguridad, T de 10 ó 100 u otra interfaz de computadora conocida sobre la cual se transfieren datos hacia y desde el módem de cable de usuario 160 a una computadora de usuario (no mostrada) . El funcionamiento del sistema de comunicaciones descrito con referencia a las figuras 9 a 11 se ilustra en los diagramas de flujo de las figuras 12 a 16. En referencia primero a la figura 12, la rutina de inicio de sesión se muestra a partir de la perspectiva tanto del centro distribuidor .122 como del módem de cable de abonado 160. Primero, en el número de referencia 180, el módem de cable de abonado 160 intenta iniciar una sesión al enviar un mensaje del centro distribuidor 122 por medio del canal de control. El mensaje es ensamblado por el controlador 166, modulado en un portador de ondas sinusoidales en la frecuencia del canal de control y luego enviado al centro distribuidor 122 por medio del transceptor de canales de control 162 e incluye la ID de usuario y contraseña e incluye también los datos contenidos en la unidad de ID de hardware 168 que definen en forma única el módem de cable de abonado individual 160. Después, en el número de referencia 182, el centro distribuidor recibe el portador de ondas sinusoidales modulado en la frecuencia de canal de control, lo desmodula y examina
los datos que contiene. El centro distribuidor 122 consulta la base de datos 140 para entradas que correspondan al hardware e información de usuario enviada por el módem de cable. En el número de referencia 184, los datos ID de hardware son comparados con entradas en la base de datos 140 para determinar si la información ID de hardware identifica un módem de cable 160 que se conozca por el sistema. Si el módem de cable es conocido por el sistema, la ID de usuario y contraseña recibida se compara contra la ID de usuario y contraseña almacenada en la base de datos 140 en el número de referencia 186. Si la ID y contraseña de usuario recibida se verifican, el usuario es autentificado y la sesión es iniciada en el número de referencia 188. En caso de que la base de datos 140 y el centro distribuidor 122 no contengan un ingreso para la unidad ID de hardware 168, el centro distribuidor sabe que el módem de cable de usuario 160 es desconocido para el sistema. Se niega la sesión como se muestra en el número de referencia 190. El centro distribuidor 122 puede enviar datos al módem de cable de abonado 160 que dirijan una aplicación de navegador en la computadora de usuario a una ventana de registro en la cual el . usuario puede registrar el módem de cable con el sistema de comunicaciones al indicar al usuario nuevo ingresar en las ventanas en la página del navegador datos que correspondan a información tal como nombre de usuario, contraseña de usuario,
tarjeta de crédito y/u otra información de facturación, calidad de servicio y/u otras características deseadas para la nueva cuenta que se esté estableciendo. El diseño de páginas de entrada de datos de navegador a base de HTML que tienen características como las descritas en la presente se conocen bien en la técnica y no se describirá más en la presente. Si en el número de referencia 186 una ID o contraseña incorrecta fueron recibidos, el centro distribuidor 122 envía un mensaje de sesión denegada al módem de cable de usuario 160 en el número de referencia 192. De acuerdo con otro aspecto de la presente invención, un módem de cable de abonado 160 conectado al centro distribuidor 122 por primera vez puede ser programado para ingresar un modo de inscripción que dirija automáticamente la computadora de' un usuario unida al módem de cable de usuario 160 a una página de registro a base de red del tipo descrito arriba. Después de la verificación de la cuenta nueva, el centro distribuidor envía un mensaje al módem de cable del abonado 160 deshabilitando el modo de registro y haciendo posible el modo operativo normal para el inicio de sesión. El módem de cable de usuario 160 puede incluir también una característica de reinicio que ponga al módem de cable de usuario 160 de nuevo en el modo de registro en caso de que la unidad se venda a un usuario nuevo o el usuario existente igre a un nuevo proveedor de servicios .
En referencia ahora a la figura 13, un diagrama de flujo muestra un método de apertura de cuenta ilustrativo usando primero, en el número de referencia 200, el centro distribuidor 122 determina ya sea que los datos en la unidad ID de hardware 168 no se conozcan por el centro distribuidor y la base de datos 140 o que el módem de cable del abonado está el modo de registro, ya sea porque es nuevo y no usado o porque ha sido puesto de otra manera en modo de reinicio . Después, en respuesta al -número de referencia 202, el centro distribuidor 122 envía datos al módem de cable de abonado para dirigir la computadora conectada al módem de cable de usuario 160 para abrir una ventana de navegador que indique al usuario establecer una cuenta con el proveedor de cable que mantenga el centro distribuidor 122. En el número de referencia 204, el usuario nuevo llena entonces la información solicitada en la ventana del navegador y la envía al centro distribuidor 122. En el número de referencia 206 el centro distribuidor 122 verifica que la información de usuario para determinar si una cuenta debe ser establecida de acuerdo con los criterios del proveedor. Si no, el centro distribuidor 122 envía datos que pueden ser desplegados con un mensaje HTML en una ventana de la aplicación de navegación de usuario negando la solicitud de cuenta en el número de referencia 208. Si. el proceso de verificación es exitoso, en el
número de referencia 210, el centro de distribución envía un mensaje de autentificación al módem de cable de usuario 160 incluyendo información para almacenar en la memoria no volátil 170 que ya sea puede usarse para habilitar al menos una sesión solicitada actualmente o puede ser enviada por el usuario en respuesta a una indicación enviada al usuario para iniciar un nuevo intento de registro. Esta información puede incluir un mensaje de bienvenida que será desplegado sobre la computadora del usuario nuevo . Esta información puede incluir también datos que identifiquen asignaciones de frecuencias portadoras específicas y la identificación de características habilitadas para las comunicaciones entre el módem de cable del usuario nuevo 160 y el centro distribuidor 122 que serán almacenados en la memoria no volátil en el módem de cable de usuario 160. La información puede incluir alternamente datos que serán almacenados en el módem de cable del usuario 160 especificando el nivel de servicio autorizado y/o características opcionales, datos que se envían al centro distribuidor en respuesta a cada solicitud de inicio de sesión. Como alternativa, un registro de usuario nuevo exitoso puede causar que la información de definición de parámetros de cuenta sea almacenada en la base de datos 140 en el centro distribuidor 122 para ser accesada cada vez que el usuario intente iniciar una sesión. La solicitud de sesión en esta modalidad hace que el centro distribuidor tenga acceso a
la base de datos 140 y los datos sean regresados por la base de datos y establezcan los parámetros de sesión, los cuales son después enviados al módem de cable del usuario 160 para definir los parámetros de sesión. En referencia ahora a la figura 14, una gráfica de flujo ilustra un método ejemplar para establecer parámetros de comunicaciones en un sistema ilustrativo de acuerdo con la presente invención una vez que el centro distribuidor 122 verifica que el usuario está autorizado y que se debe iniciar una sesión. Primero, en el número de referencia 220, el centro distribuidor 122 consulta su base de datos 140 para determinar la calidad de servicio a la cual el usuario será abonado y el número necesario de portadores que deben asignarse a ese usuario para proporcionar ese nivel de servicio. Con el sistema de la presente invención, anchos de banda de carga y descarga pueden asignarse independientemente al usuario al especificar números diferentes de portadores para la carga y descarga entre el centro distribuidor y el usuario. La base de datos también puede contener otra información relevante, tal como características opcionales a las cuales se haya abonado el usuario. Después, en el número de referencia 222, el centro distribuidor 122 consulta su base de datos 140 para determinar qué frecuencias portadoras no están usadas, y están disponibles entonces para su asignación al usuario. En el
número de referencia 224, el centro distribuidor 122 asigna las frecuencias portadoras al usuario y actualiza la tabla de frecuencias portadoras para indicar que esas frecuencias han sido asignadas al usuario para la sesión actual . En el número de referencia 226, el . centro distribuidor envía datos que identifican las frecuencias portadoras asignadas al módem de cable de usuario 160 a través de un canal de control . Después , en el número de referencia 228, el módem de cable de usuario 160 recibe los datos y los usa para configurar el número adecuado de generadores y • receptores portadores para manejar la sesión de comunicaciones'. En otra modalidad de la presente invención, las frecuencias portadoras usadas para la comunicación entre el centro distribuidor 122 y el módem de cable de usuario 160 pueden ser preasignadas por el centro distribuidor 122 cuando la cuenta del usuario es establecida. Los datos que identifican estas frecuencias portadoras son enviadas al módem de cable de usuario 160 por medio del canal de control 136 cuando la cuenta se establece. Para mantener la flexibilidad del sistema, sin embargo, el centro distribuidor 122 tiene la capacidad de reasignar dinámicamente estas frecuencias portadoras entre usuarios incluso durante sesiones al reasignarlas sobre las frecuencias de canal de control . Para que el sistema funcione adecuadamente, un
proceso tal como el ilustrado con respecto a la figura 15 puede implementarse para iniciar sesiones entre un módem de canal de usuario y el centro distribuidor. Primero, en el número de referencia 230, el centro distribuidor 122 detecta una solicitud de sesión, ya sea sobre el canal de control 136 o sobre una de las frecuencias portadoras de transmisión conocidas como asociadas con un usuario particular. Después de verificar la ID de usuario, contraseña y estado de cuenta, el centro distribuidor 122 consulta la base de datos para la información de calidad de servicio y la identificación de los portadores asignados actualmente al usuario para proporcionar esa calidad de servicio asociada con el usuario . Debido a que el usuario puede cambiar el nivel de calidad de servicio y también puede añadir o eliminar características del sistema, hacer que el centro distribuidor tenga acceso a la información de la base de datos 140 en el inicio de cada sesión asegura que el centro distribuidor 122 asigne recursos adecuados a los portadores adecuados para el usuario en el inicio de cada sesión. Además, si el centro distribuidor 122 ha reasignado las frecuencias portadoras a los usuarios, habrá notificado a los usuarios sobre el canal de control y los módems de cable de usuario y ahora habrán almacenado la nueva información de asignación de frecuencia. Al accesar esta información en el inicio de cada sesión, se asegura que el centro distribuidor 122 y los módems de cable
de usuario individuales escuchen unos a otros a las frecuencias portadoras correctas . Después, en el número de referencia 232, el centro distribuidor 122 asigna de su base de datos las frecuencias portadoras correctas para la comunicación con el módem dé cable de usuario 160 a un número adecuado de sus transmisores y receptores y actualiza su tabla de portadores en uso. Luego, en el número de referencia 234, el centro distribuidor 122 envía un mensaje de estado OK al módem de cable de usuario 160 solicitando la sesión para indicar que las frecuencias portadoras transmisoras y receptoras están coordenadas entre el centro distribuidor 122 y el módem de cable de usuario 160. Las personas de capacidad ordinaria en la técnica reconocerán que este proceso puede en este punto enviar la información de frecuencia portadora almacenada en su base de datos al módem de cable de usuario 160 para asegurar que las frecuencias de comunicaciones sean coordinadas entre el centro distribuidor 122 y el módem de cable de usuario 160. Después, en el número de referencia 236, el módem de cable de usuario 160 recibe el mensaje de estado OK del centro distribuidor 122 y configura los adecuados de sus transmisores y receptores para llevar a cabo comunicaciones con el centro distribuidor 122. En una modalidad, el módem de cable de usuario 160 usa frecuencias que ya había recibido anteriormente del centro distribuidor 122 y almacenado
localmente. De acuerdo con otra modalidad, el módem de cable de usuario 160 usa frecuencias que ha recibido del centro distribuidor 122 con el mensaje de estado OK. De acuerdo con la presente invención, el módem de cable 160 puede habilitarse para comunicarse con el centro distribuidor 122 en una de varias formas. De acuerdo con un método ejemplar, la comunicación para la sesión se hace posible usando uno o más pares de frecuencias portadoras de ondas sinusoidales predeterminadas que habían sido descargadas del centro distribuidor 122 a la memoria no volátil 170 en el módem de cable de usuario 160 en el momento en que el usuario fue registrado con el sistema. En tal modalidad, la base de datos 14 mantiene una tabla de asignación • de portadores para la base de usuario . De acuerdo con esta modalidad, el centro distribuidor 122 puede usar su conocimiento de la asociación de usuarios con frecuencias portadoras particulares en la tabla de asignación de portadores como parte del proceso de autenticación de sesión. De acuerdo con otro método ejemplar dentro del alcance de la presente invención, las frecuencias de comunicación de sesión son descargadas al módem de cable de usuario 160 desde el centro distribuidor 122 usando una tabla de asignación de portadores de frecuencia disponibles en el momento en que el usuario y la sesión de usuario individual haya iniciado . Las frecuencias portadoras pueden ser entonces
asignadas dinámicamente al empezar y concluir las sesiones de usuario . Las personas de capacidad ordinaria en la técnica apreciarán que otros métodos estáticos y dinámicos pueden usarse para seleccionar los portadores de comunicación de datos de usuario de acuerdo con la presente invención. Otros datos almacenados en la memoria no volátil 170 o descargados del centro distribuidor 122 en el momento en que se habilita la sesión después de una autenticación del usuario pueden ampliarse para seleccionar las frecuencias portadoras de comunicación. Estos otros datos pueden incluir consideraciones de calidad de servicio que pudieran ser almacenadas en la base de datos. Por ejemplo, la cuenta de un usuario puede ser establecida que tenga un ancho de banda de subida y/o bajada mínimo restablecido especificado. Después del inicio de la sesión, los contenidos de la memoria no volátil podrían especificar, o el centro distribuidor 122 podría habilitar mediante la descarga de definiciones de, el número de portadores de ondas sinusoidales de transmisión y portadores de ondas sinusoidales de recepción necesarias para proporcionar al usuario los anchos de banda de subida y bajada a los que se ha abonado. Las personas de capacidad ordinaria en la técnica reconocerán que la flexibilidad del sistema de comunicaciones
cable-módem de la presente invención permitirá una asignación de frecuencias portadoras dinámica en caso de ruido u otra interferencia. Por ejemplo, el controlador 138 u otra inteligencia, por ejemplo asociada con los receptores/detectores 150 en el centro distribuidor 122, pueden monitorear reportes de paquetes caídos u otros criterios de error regresados por los módem de cable de usuario 160 sobre el canal de control o el canal de datos tales como errores CRC y, si el nivel de error es inaceptable, puede reasignar frecuencias portadoras al comunicarse sobre el canal de control con uno o más de los módems de cable de usuario individuales 160 que experimenten problemas de datos, enviando información de control que defina las nuevas frecuencias portadoras a los módems de cable de usuario individuales 160. Un proceso ilustrativo para reemplazar portadores ruidosos o de otra manera de alto índice de errores se ilustra en la figura 16. Primero, en el número de referencia 240, los índices de error de los portadores en uso son recogidos. En el caso de portadores que se usan por los módems de cable de usuario para transmitir datos al centro distribuidor, el centro distribuidor monitoreará los índices de error individuales y los almacenará, por ejemplo .en una tabla de índices de error. En caso de que los portadores que sean usados por el centro distribuidor para transmitir datos a los
módems de cables de usuario, los módems de cable de usuario individuales periódicamente reportarán los índices de error al centro distribuidor sobre el canal de control para su almacenamiento en la tabla de índices de error. Luego, en el número de referencia 242, las entradas en la tabla de índices de error son comparadas con un valor umbral . Si ningún índice de error está por arriba del umbral, se ingresa un periodo de tiempo de espera en el número de referencia 244, después del cual el proceso regresa al número de referencia 240. Si cualquier índice de error del portador está por arriba del umbral, cualquier portador afectado es reasignado en el número de referencia 246. Nuevas frecuencias portadoras se asignan y la tabla portadora es actualizada en el número de referencia 248. Las nuevas frecuencias pueden ser implementadas, ya sea al detectar el generador de portador que controle la frecuencia portadora afectada para cambiar a una nueva frecuencia, o al desactivar el generador de portador afectado y llevando el generador portador a un estado fijo en línea. Después, en el número de referencia 250, la nueva referencia portadora se envía a los módems de usuario afectados y el proceso entra de nuevo en el periodo de tiempo de espera en el número de referencia 244. De una manera similar, las frecuencias portadoras usadas para la comunicación en el canal de control también pueden ser cambiadas. Ya que la ruptura de comunicaciones
sobre los canales de control es más problemática que la ruptura de las comunicaciones sobre los canales de datos, el proceso de la figura 16 puede no ser adecuado para asegurar una operación continua del sistema y se podrían requerir otros medios para ser usados en el cambio de frecuencias de canales de control . De acuerdo con un ejemplo, el centro distribuidor 122 y los módems de cable de usuario 160 pueden configurarse para implementar cualquiera de un número de algoritmos para monitorear una o más frecuencias portadoras de canales de control alternativas para información de canal de control en caso de que las frecuencias portadoras de canales de control primarias se vuelvan ruidosas o sean interrumpidas de otra manera o fallen. De acuerdo con una modalidad de este esquema, los canales de control ya sea en el centro distribuidor, los módems de cable de usuario o ambos, pueden configurarse para enviar periódicamente mensajes de "estoy vivo" a la entidad con la cual se estén comunicando. En caso de que la recepción de uno o más de estos mensajes no sea reconocida por la entidad receptora dentro de la ventana de tiempo esperada, ambas partes pueden empezar a transmitir y escuchar en otras frecuencias de canal de control alternativas preestablecidas en alguna secuencia para intervalos conocidos hasta que un mensaje de "estoy vivo" sea reconocido exitosamente para establecer una nueva frecuencia de canales de control entre
las entidades . En otra modalidad más de la presente invención, un número de frecuencias portadoras de transmisión y recepción se emplean en un modo de transmisión en el que el centro distribuidor 122 transmite a todos los mód'ems de cable de usuario de todas sus frecuencias de transmisión y los módems de cable de usuario escuchan todo sobre todas estas
' frecuencias • de recepción. En este esquema operativo, los
- módems de cable de usuario pueden transmitir todos en todas las frecuencias receptoras del centro distribuidor. Todo el tráfico en este sistema de acuerdo con la presente invención empaquetado para identificar al remitente (o el receptor deseado) . El centro distribuidor identifica remitentes de los paquetes recibidos y los módems de cable de usuario aceptan selectivamente los datos con base en la información de encabezado como se conoce bien en la técnica. De acuerdo con este esquema operativo, tanto el centro distribuidor 122 como todos los módems de cable de usuario pueden usar ahora técnicas para evitar colisiones y seleccionar frecuencias de transmisión en el aire de entre aquellas que no transmitan actualmente para asegurar un uso eficiente del ancho de banda total . Las personas de capacidad ordinaria en la técnica apreciarán que la provisión tanto de protocolos de comunicaciones tanto en paquetes como no en paquetes en el
sistema de comunicaciones de cable coaxial de la presente invención agrega flexibilidad adicional al sistema y proporciona ventajas de acuerdo con otro aspecto de la presente invención. Por ejemplo, el acceso a Internet por medio de los módems de cable de usuario se logra adecuadamente usando un protocolo de comunicaciones de Internet que comprende tráfico de paquetes en protocolo IP. Por otro lado, el sistema de la presente invención también se puede usar para proporcionar la descarga de datos tales como contenido de entretenimiento a un usuario individual sin la necesidad de emplear un protocolo de Internet y de su carga alta inherente. Como un ejemplo, la presente invención puede emplearse para descargar video bajo demanda para abonados a un sistema de cable coaxial de acuerdo con la presente invención. La progresión de video requiere actualmente un ancho de banda de 19.7 Mbits/seg. Las técnicas de compresión actualmente disponibles pueden reducir esto a aproximadamente 11 Mbits/seg. Usando las técnicas de la presente invención, la progresión de video en tiempo real puede lograrse, por ejemplo, usando un portador de 500 KHz de 16-bits/ciclo
(velocidad de 8.0 Mbit/seg.), un portador de 800 KHz de 16-bits/ciclo (12.8 Mbits/seg. de velocidad) para una velocidad de datos total de 20.8 Mbits/seg. En forma similar, un portador de un solo ciclo de 16 bits y a 1.25 MHz puede . producir una velocidad de datos de 20 Mbits/seg.
En forma similar, las salidas de varios portadores pueden combinarse para descargar en muy corto tiempo una película de longitud completa a un sistema de almacenamiento en disco duro tal como los que se están uniendo actualmente por varios vendedores (por ejemplo, Tivo®) . Un sistema configurado de acuerdo con • la presente invención que emplea portadores de 16 bits/ciclo a 1 MHz, 1.3 MH, 1.6 MHz, 1.9 MHz, y 2.2 MHz tiene una velocidad de transferencia de datos bruta combinada de 128 Mbits/seg., permitiendo la descarga de una película de longitud completa típica (tal como la que cabe en un DVD de 4.7 Gbytes) en menos, de 40 segundos. Incluso si la transferencia de datos encuentra que es más confiable a una velocidad de datos de 8 bits/ciclo, el tiempo de descarga para esta película de longitud completa incrementa hasta un máximo de menos de 80 segundos. Actualmente, estos datos tendrían que ser guardados en una memoria volátil tal como una RAM FIFO de alta velocidad toda vez que los sistemas de unidad de disco duro de la actualidad no pueden escribir datos a anchos de banda tan altos. Como alternativa, una memoria más pequeña tal como una RAM FIFO de alta velocidad más pequeña puede ser provista en el lado del abonado y sería llenada con datos de alta velocidad y luego los escribiría en el disco duro o en hardware de presentación de video bajo demanda. Para proporcionar una observación sin interrupciones, la unidad de abonado se comunicaría al centro distribuidor cuando requiera
que más datos sean descargados para evitar interrumpir la observación del programa. Como un ejemplo de las velocidades de datos que pueden lograrse usando la presente invención, un portador de 200 KHz que tenga 16 bits por ciclo impuestos en éste da como resultado una velocidad de datos bruta de 3.2 bits/seg. Se contempla actualmente que frecuencias portadoras de hasta aproximadamente 10 MHz o más pueden emplearse en la presente invención, aunque el número de bits que pueden codificarse y decodificarse en forma confiable por ciclo se puede hacer más pequeño que 16 a frecuencias portadoras más altas. Sin embargo, las personas de capacidad ordinaria en la técnica apreciarán que, en la formación de paquetes de datos tan poca como de 2 bits por ciclo, una frecuencia portadora de 10 MHz puede soportar una velocidad de datos de 20 Mbits/seg. Las personas de capacidad ordinaria en la técnica apreciarán que, al extremo más bajo del espectro de frecuencias portadoras (es decir, el espectro de audio) , el factor limitativo es uno práctico, ya que la velocidad de bits para portadores de frecuencia más baja obviamente es más pequeña. Como se indicó, un sistema práctico que puede lograrse usando los principios de la presente invención utilizará una pluralidad de portadores de onda sinusoidales modulados dentro de un solo canal de comunicaciones . Los portadores individuales deben ser separados en frecuencia para
prevenir interferencia. Se contempla actualmente que un portador y una separación ente portadores de aproximadamente 300 KHz será adecuada para sistemas que usen la tecnología de desmodulación disponible actualmente. Como se indicó arriba, los circuitos moduladores y desmoduladores mostrados en las figuras 3 a 8 sólo son ilustrativos y otras soluciones moduladoras y desmoduladoras se contemplan dentro del alcance de la presente invención. Las personas de capacidad ordinaria en la técnica entenderán que las técnicas de procesamiento de señales digitales pueden usarse en un sistema de comunicaciones de acuerdo con la presente invención para producir al menos un portador sinusoidal modulado como el mostrado en la figura 2 y para desmodular al por lo menos un portador sinusoidal. Estos moduladores y desmoduladores DSP se muestran en las figuras 17 y 18, respectivamente. La Transformación de Fourier Rápida (FFT) es un método matemático para convertir señales en el domino de tiempo en representaciones en el dominio de frecuencias. Una Transformación de Fourier Rápida Inversa (IFFT) revierte el proceso al tomar coeficientes de frecuencia en forma de datos digitales paralelos y convertirlos de nuevo en una señal periódica continua en el dominio de tiempo. LA IFFT puede usarse para generar las señales de onda sinusoidal moduladas de acuerdo con la presente invención, y la FFT puede usarse
para desmodular las señales de onda sinusoidales moduladas de acuerdo con la presente invención. Como se apreciará por las personas de capacidad ordinaria en la técnica, las técnicas FFT e IFFT para desmodulación y modulación de acuerdo con la presente invención son útiles hasta frecuencias en las que las velocidades de reloj de máquina procesadora y las velocidades de conversión A/D y D/A sean aproximadamente seis veces la frecuencia de portador de onda sinusoidal modulado de frecuencia más alta que será modulado o desmodulado. En referencia ahora a la figura 17, se presentan coeficientes de frecuencia al bloque IFFT 210. Se usan técnicas DSP conocidas para configurar el bloque IFFT 210. La IFFT modula la representación digital de cada portador de audio en las señales desplazadas en fase elementales precisas requeridas. Los datos de dominio de tiempo enviados desde el bloque IFFT 210 son después alimentados a un convertidor digital a análogo (D/A) 212 para crear una señal de dominio de tiempo. La resolución típica para el bloque IFFT 210 y el convertidor D/A 212 es más de aproximadamente 8 bits. El convertidor D/A 212 debe ser lo suficientemente rápido para llevar a cabo al menos 100 K conversiones por segundo. La salida del convertidor D/A es filtrada con un filtro de paso bajo 214. La filtración de la señal de salida es restringida a remover el ruido de alta frecuencia sin deteriorar el contenido de información de cada portador. Para
este fin, el filtro de paso ba o 214 puede implementarse, por ejemplo, como un filtro de Butterworth de 6 polos o como una modalidad de retraso de grupo cero con una atenuación progresiva de 60 dB/octavo. En referencia ahora a la figura 18, se describe una modalidad de DSP FFT de un circuito desmodulador de acuerdo con la presente invención. Las tecnologías FFT se conocen bien en la técnica. El circuito desmodulador comprende un convertidor A/D 216 y el bloque FFT 218. En referencia ahora a la figura 19, un diagrama de bloques ilustra una modalidad ilustrativa de un receptor de ondas sinusoidales de varias frecuencias 250. Este dibujo y la descripción asociada es para la recepción de sólo uno de los muchos portadores usados en un sistema de varias frecuencias . Un sistema real tendría varios de estos receptores trabajando juntos sobre frecuencias diferentes para transferir vastas cantidades de datos usando esta técnica de modulación. El preamplificador 252 amplifica la señal de entrada para compensar la pérdida de inserción del filtro de paso de banda 254. El filtro de paso de banda 254 filtra la señal para reducir interferencia fuera de banda. El postamplificador 256 amplifica la señal filtrada para compensar la pérdida de inserción del filtro de paso de banda 254 y eleva el nivel de señal a aquél requerido por el mezclador balanceado 258. Un mezclador balanceado doble 258 mezcla la señal de
entrada con la salida de un oscilador local que produce la suma y una diferencia de las dos señales . El oscilador local puede formarse a partir de un detector de cruce de cero 260 que produzca una salida cuando la señal de entrada cruce el nivel de cero voltios. El detector de cruce de cero 260 se usa para generar la referencia para el regenerador de portador 262 que actúa como el oscilador local y el bucle de enganche de fases 264 que genera el reloj de datos. ?l regenerador de portadores toma la salida del detector de cruce de cero y crea una salida osciladora local que es la misma frecuencia y fase de aquella de la señal de entrada. El bucle, de enganche de fases 264 usa la salida del detector de cruce de cero 260 para generar un reloj de alta frecuencia para sincronizar los datos retirados en la salida del comparador. El filtro de paso bajo 266 remueve el componente de frecuencia de sumas de la salida del mezclador 258, dejando al componente de diferencia que es representativo de la diferencia de fases absoluta entre la señal de entrada y la señal de referencia fuera del oscilador local. El comparador 268 compara la señal de diferencia del mezclador con una referencia fija produciendo una salida cuando la señal de entrada es más alta que la señal de referencia. Una salida indica que existe una referencia de fases entre el oscilador de entrada y local indicando la presencia de un bit de datos de valor "uno" . El bloque de alineación de reloj 270 bajo el control
del microcontrolador 272 alinea el reloj de datos a través de un circuito de retraso variable. Usando un conocimiento anterior de dónde en la fase de la señal los bits de datos están, este circuito filtra los pulsos de reloj de datos los cuales no están en alineación con bits de datos válidos conocidos que provienen del comparador. Los datos son sincronizados en el registro de desplazamiento de varias etapas 274 que se usa como un depósito de acumulación para los bits de datos sincronizados provenientes de la salida del comparador 268. El microcontrolador 272 es un dispositivo preprogramado que monitorea y controla la operación del receptor. El microcontrolador 272 transfiere los datos recibidos almacenados en el registro de desplazamiento fuera hacia otras áreas . El microcontrolador 272 detecta también bits "fuera de posición" y reporta su detección como un evento que puede usarse por el sistema como el descrito en la presente. Aunque la invención se ha descrito con referencia a una modalidad ejemplar, se entenderá por aquellos expertos en la técnica que pueden hacerse varios cambios y equivalentes pueden sustituir a elementos de la misma sin alejarse del . alcance de la invención. Se hace constar que con relación a esta fecha, el mejor método conocido por la solicitante para llevar a la práctica la citada invención, es el que resulta claro de la presente descripción de la invención.