PT924911E - Processo para a transmissao por frequencias de transporte multiplas atraves de redes de distribuicao de energia - Google Patents

Description

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DESCRIÇÃO "PROCESSO PARA A TRANSMISSÃO POR FREQUÊNCIAS DE TRANSPORTE MÚLTIPLAS ATRAVÉS DE REDES DE DISTRIBUIÇÃO DE ENERGIA" A invenção refere-se a um processo e a um dispositivo para a transmissão rápida e fiável de informações digitais, em especial através de redes de distribuição de energia, com a utilização de várias formas, de preferência ortogonais, de sinais.

Desde Dezembro de 1991 que está em vigor a norma europeia EN 50 065, que tem o estatuto de uma norma alemã. Esta norma regula a utilização da faixa de frequências de 3KHz...148,5KHz para fins de transmissão de sinais em redes de distribuição eléctrica. A faixa disponível está dividida em duas zonas: A zona de frequências de 3KHz...95KHz é reservada para as empresas de fornecimento de energia (EVU); nela são admissíveis amplitudes de emissão até ao máximo de 134dBpV. A restante faixa de 95KHz...148KHz fica disponível para utilizadores particulares sem homologação, não devendo ultrapassar-se uma amplitude de emissão de ΙΙβάΒμν. Este nível de emissão bastante baixo (inferior a IV) implica uma menor largura de banda disponível. A EN 50 065-1 impõe elevados requisitos aos processos e aos dispositivos para a transmissão de informações, sem provocar perturbações, através das linhas de alimentação de corrente. Devido à limitação das amplitudes, os processos de transmissão que podem utilizar toda a amplitude têm as melhores perspectivas de êxito. 1 7 4i I- Γ.....-- \

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Para a transmissão de informações através das redes de energia são actualmente utilizados sistemas com modulação de banda estreita, ou também com banda larga e banda expandida, descritas nas publicações DE-A1-33 23 978, que corresponde às patentes EP-A2-0 691 755, DE-A1-43 23 376, DE-C2-40 01 265, DE-C2-40 01 266, EP-B1-0 200 016 e EP-B1-0 199 148. O processo mais simples tecnicamente, que pode sempre utilizar toda a amplitude admissível, é o FSK (Frequency Shift Keying). A possibilidade de realização mais simples do FSK é seguramente uma razão decisiva para que a maioria dos sistemas que de momento podem obter-se no mercado para a transmissão de informação através das redes de energia funcionem com o FSK. Na utilização prática, no quadro de inúmeras pesquisas de campo apareceram até hoje progressivamente os inconvenientes

do processo FSK e, de acordo com as estimativas actuais, tem de concluir-se que não poderá atingir-se com o processo FSK uma fiabilidade suficiente para serviços de todos os tipos que as EVU queiram de futuro oferecer através das suas redes. O problema essencial do processo FSK é que, já no caso da perturbação de uma única frequência de transporte, seja por um enfraquecimento selectivo, que o canal de transmissão variável no tempo pode, em qualquer instante e em qualquer ponto apresentar, seja devido a um perturbador de faixa estreita, na forma de um aparelho de televisão ou de uma parte de uma rede de comutação, pode verificar-se a falha completa da transmissão. Os processos de banda expandida, como por exemplo o da "Frequency Hopping" (FH), que permite múltiplas variações da frequência, podem aqui trazer algum auxílio - ver, por exemplo, a publicação DE-A1-33 23 978. Os custos são realmente mais elevados, em comparação com o sistema FSK, mas

suportáveis, dados os progressos na moderna microelectrónica. Apesar disso, a transferência prática para um processo FH 2

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Γ\ \t —- viável ainda não saiu do estádio de pesquisa; sobretudo não podem ainda obter-se no mercado, até agora, quaisquer sistemas susceptiveis de utilização. Embora a técnica FH esteja, em principio, em condições de vencer todos os problemas do FSK encontrados na prática, encontram-se ainda no processo e na prática ainda inconvenientes decisivos, que em última análise fundamentam a utilização apenas hesitante de sistemas com utilização flexível de várias frequências de portadora emitidas umas depois das outras, no tempo. 0 inconveniente essencial na transição do processo FSK para o processo FH é o aumento, para a mesma taxa líquida de dados, da taxa de "chips" necessária (Cf. a publicação DE-A1-44 23 978. Para uma "chiprate" de 1 200 s’1, o sistema FSK atinge uma taxa de dados de 1 200 bit/s, enquanto que um sistema FH, com 4 frequências de transporte pode fornecer, por bit, por exemplo apenas ainda 300 bit/s. Para que se obtenha no FH a mesma taxa líquida de dados, seria portanto necessária uma "chiprate" de 4 800 s-1. Isto conduz, em qualquer caso, a um maior custo na geração e no processamento dos sinais mas, em especial no caso da sincronização dos receptores, que agora teria que ser mais precisa, num factor 4.

Na dissertação de LO PRESTI, PENT "Waveform transmission with FSK permutation modulation in the presence of interfering signals" ALTA FREQUENZA, Abril de 1972, Milano, IT, pag. 240 a 251, XP000198342, descreve-se, em relação com uma transformação AD, um processo FSK no qual os andares de quantificação L são representados por uma "Code-word", sendo emitidas respectivamente duas frequências simultâneamente, de um número total N. 3 A presente invenção tem por objectivo apresentar processos com frequências de transporte múltiplas, com os quais podem reduzir-se substancialmente os inconvenientes apresentados, do processo conhecido das patentes DE-A1-44 23 978 ou EP-A2-0691 755, e pode obter-se uma transmissão rápida e protegida contra perturbações. Além disso, pretende-se indicar um dispositivo para a realização do processo.

Este problema é resolvido por um processo de transmissão com várias frequências de transporte, que processa símbolos com as caracteristicas indicadas na reivindicação 1. Nas outras reivindicações, indicam-se aperfeiçoamentos vantajosos e um dispositivo para a realização do processo.

Na reivindicação 1, está descrito um processo com frequências de transporte múltiplas, para a transmissão digital através de redes de distribuição de energia, no qual se utiliza, para a sincronização da síntese de sinais, para emissores e receptores, e para a sincronização do processamento dos sinais de recepção, a tensão alternada da rede, como sinal de referência global, sendo o início de uma transmissão de dados sempre acoplado numa passagem da tensão da rede pelo zero, e no qual, para a transmissão de informação por meio de variações de frequência rápidas e contínuas na fase e, por meio de processamento de símbolos: a) a partir de uma corrente de dados a emitir, associam-se combinações de bits de dados Id (N) de um número N de símbolos, sendo cada um desses símbolos constituídos pelo mesmo número N de formas de sinal com frequências diferentes e sendo o número N uma potência de dois, de preferência N=4, 4 *7 1' i

b) do lado da recepção, utilizam-se 2N filtros digitais adaptados aos sinais, que funcionam em paralelo, para a recepção óptima incoerente simultância de todas as N formas de sinais usadas respectivamente para a representação de um símbolo, formando-se, para cada uma das N formas do sinal, um valor numérico digital correspondente à energia da forma do sinal, como valor de correlação, c) faz-se uma avaliação e ajuste de escala dos N valores de correlação, por comparação com um limiar que pode escolher-se livremente, e d) totalizam-se os valores de correlação que formam um símbolo, para obter o valor do símbolo respectivo, a partir daí calcula-se o símbolo com o valor mais elevado, e fornece-se na saída a combinação de bits de dados a ele associado - como dados de recepção ED.

Como forma de realização aperfeiçoada indica-se, na reivindicação 2, que os limiares utilizados para a avaliação e o ajuste da escala são escolhidos, como a percentagem do valor de autocorrelação máximo possível de uma forma de sinal, e são ajustados adaptativamente em função da energia do sinal recebido e/ou do sinal útil.

Faz-se a seguir uma descrição da invenção, com a explicação das vantagens da solução de acordo com a invenção, com a explicação das vantagens da solução de acordo com a invenção, das considerações subjacentes e de exemplos de realização, com referência aos desenhos anexos, cujas figuras representam: A fig. 1, a construção geral de um modem; 5

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A fig. 2, um sistema de microcalculador para a realização de vários blocos funcionais da fig. 1; e A fig. 3, uma representação para explicar um processo de sincronização preferido, que pode ser utilizado no quadro do processo de acordo com a invenção.

Entre as vantagens do processo de transmissão por frequências de transporte múltiplas que faz o processamento de símbolos, conta-se o facto de se trabalhar com uma amplitude constante dos sinais, proporcionando-se desse modo uma utilização óptima da energia das fontes do canal, tendo em atenção as normas apropriadas. Para a descrição da invenção dá-se a seguir, como exemplo, um dispositivo que é designado por modem (abreviatura de modulador-desmodulador). Um modem deste tipo serve para a transmissão bidireccional de informações digitais, através das redes de distribuição de energia eléctrica. A transmissão de dados é em todos os casos protegida contra perturbações nas linhas de corrente eléctrica e, apesar das características adversas da transmissão destas linhas, permite uma comunicação rápida e fiável. Por isso, é possível a actividade simultânea de vários raodemes, na mesma rede de energia, sem influências perturbadoras mútuas (acesso múltiplo à mesma banda de frequências).

Para a realização do processo, são vantajosas a fabricação e a utilização de um circuito integrado específico para o utilizador, com funções analógicas e digitais misturadas (em inglês: Mixed Signal ASIC).

Assim, numa base digital, a produção de sinais, no lado do emissor, e o processamento correlativo, do lado do receptor, até à resolução dos bits, faz-se com a maior precisão e de 6 1' i \ ti ,7 maneira reprodutível. Sem alterações nos meios físicos, dispõe-se de uma multiplicidade praticamente ilimitada de formas de sinais, com a possibilidade de escolher livremente diferentes velocidades de transmissão de dados e faixas de frequências, dentro de largos limites. Estas funções digitais, incluídas no ASIC, não são realizáveis por outras vias, mesmo com a utilização de dispendiosos processadores de sinais digitais programáveis, de acordo com o estado actual da técnica. Além disso, o ASIC contém funções analógicas para a amplificação do sinal recebido e para a sua filtragem, bem como para conversões analógico-digital e, para o lado do emissor, conversões digital-analógico, portanto unidades funcionais que não estão contidas em princípio nos processadores de sinais normalizados. 0 ajustamento da ampliação do sinal recebido faz-se então automaticamente, de modo que o conversor analógico-digital funciona sempre numa zona de trabalho favorável. A invenção baseia-se nas seguintes considerações:

Quando, num sistema FH, se utilizam N frequências de transporte, podem formar-se portanto N! (factorial N=N(N-1)(N- 2)...1) combinações diferentes que, no seguimento, serão designadas por símbolos. Com N=3 frequências, podem assim representar-se 6 símbolos; para N=5, já temos 120. Com os 6 símbolos, para N=3, poderíamos transmitir [ld(6)]=2 bit, enquanto que no caso de N=5 já se conseguiriam [ld(120)]=6 bit. Estas possibilidades não são, no entanto, usadas no FH "normal", mas sim escolhem-se apenas dois símbolos (combinações), o que corresponde a um conteúdo de informação de 1 bit - ver por exemplo a publicação DE-A1 44 23 978. Na técnica FH normal cria-se deste modo redundância, que torna uma transmissão por exemplo resistente contra a falha em 7 fú, \íí f! : _,ΛΛ .-"i e> •v-c faixas de frequências individuais. 0 inconveniente que neste caso resulta é evidente: a velocidade de transmissão diminui, de acordo com o número de frequências de transporte utilizadas. A ideia básica que conduziu à presente invenção evita este inconveniente da velocidade e garante simultaneamente a obtenção ilimitada da protecção contra as perturbações e é inerente ao principio FH. Para explicar com mais pormenor este ponto de vista essencial da invenção, apresentam-se alguns exemplos:

Se designarmos, para N=3, as frequências usadas por fi, f2 e f3, resultam os 6 símbolos seguintes (Si...,S6), que podem ser usados de maneiras diferentes:

Sequência de Processamento Símbolo N° frequências Técnica FH do símbolo Si fi f2 f3 0 00 s2 fl f3 — 01 s3 f2 fl f3 - 10 s4 f2 f3 fl — 11 S5 f3 fl f2 1 “ S6 f3 f2 fl — —

Tabela 1: Técnica FH e processamento dos símbolos para N=3 frequências de transporte

Na coluna "Técnica FH", nota-se imediatamente o elevado número de símbolos não utilizados, que afinal proporcionam a robustez. Mas, puramente o número de símbolos não usados não é de modo nenhum a única medida da protecção contra as perturbações que podem obter-se, sendo sim decisivo o número de circuitos integrados com frequências diferentes para os 8 7

símbolos usados para a representação da informação. Vemos que, na coluna "Técnica FH" os símbolos Si e S5 marcados com 0 e 1, respectivamente, são diferentes em todos os três circuitos integrados, podendo portanto ser perfeitamente separados no receptor. Observando a coluna "Processamento do símbolo", vê-se que apenas os símbolos marcados com 00 e 11, os símbolos Si e S4, bem como os símbolos 01 e 10, correspondentes aos símbolos S2 e S3, são diferentes nos três circuitos integrados, enquanto que as combinações 00 e 01 ou 00 e 10 apenas são diferentes em dois circuitos integrados. Este facto prejudica a resistência às perturbações. Se utilizássemos todos os 6 símbolos para a transmissão de informação, teríamos apenas ainda 1 circuito integrado diferente, como critério de decisão; portanto, a transmissão deixaria de ser mais fiável que o FSK, pois a falha de pelo menos uma única frequência conduziria a uma avaria. A partir da tabela anterior, vemos que a utilização de três frequências de transporte evidentemente não conduz a uma boa solução. Se, pelo contrário, se utilizar uma sequência de quatro frequências, que permite 24 símbolos, mas dos quais, no entanto, se utilizam apenas precisamente quatro, para transmissão de informação, que são diferentes em todos os quatro circuitos integrados - ver a Tabela 2,

Sequências de Símbolos I frequências de dados fi f2 f3 U 00 f2 f3 f4 f1 01 f2 f 4 fl f 2 10 U fl f2 f3 11 9 \ 7 i

Tabela 2:

Processamento óptimo dos símbolos para N=4 resulta então a mesma protecção contra as perturbações que se obteriam no caso da técnica FH normal; mas, como então cada um dos símbolos representados é formado por dois bits de dados, resulta uma velocidade de transmissão dupla. 0 princípio representado é utilizável não só para N=4 mas também sempre que, dos N! símbolos possíveis, se utilizam para representação de informação apenas precisamente N, porque ld(N) dá então um número inteiro de bits. Se ld(N) não for um número inteiro, apenas pode utilizar-se o número inteiro imediatamente inferior, isto é, reduz-se a taxa de dados líquida. Depois de N=4 seria N=8 de novo favorável, podendo com a utilização de 8 dos 8! símbolos possíveis transmitir símbolos, cada um com 4 bits por símbolo. Para a utilização prática nas redes de distribuição de energia, um sistema baseado em quatro frequências de transporte proporciona uma protecção contra as perturbações com suficiente segurança, para garantir aos novos serviços planeados para as EVTJ uma maior fiabilidade. Como se vê a partir da Tabela 2, no caso limite poderiam falhar até três, das quatro frequências de transporte, sem que surgisse um erro nos bits. Isto, em comparação com o FSK, no qual já a falha de uma única frequência conduzia a um erro, é um progresso significativo. No caso da utilização do sistema FH normal, seriam necessárias N=7 frequências de transporte, diminuindo-se a taxa líquida de dados a 1/7 da taxa de bits. 0 processo de acordo com a invenção proporciona a mesma protecção contra as perturbações na relação H da taxa de dados para a taxa de circuitos integrados. A prática mostrou que, com a escolha hábil das frequências de transporte, a probabilidade de falharem simultaneamente 10 duas delas, devido a enfraquecimento ou perturbação por ruído, é desprezavelmente pequena. 0 caso de isso suceder precisamente a três portadoras pode mesmo ser praticamente excluído. A falha de frequências portadoras individuais é no entanto relativamente frequentemente observada.

Para a realização prática do processo de acordo com a invenção é a escolha de N=4 frequências de transporte seguramente vantajosa. 0 exemplo de realização descrito com mais pormenor parte portanto de N=4.

Para uma realização económica, fiável e reprodutível é de importância decisiva um conceito preponderantemente digital, que é susceptível de integração em alta escala. É portanto conveniente que seja possível uma adaptação a problemas diferentes, sem alterações dos meios físicos e, quando for necessária uma grande parte de componentes analógicos de circuitos, para a construção completa de um modem, eles possam ser integrados monoliticamente. As formas de realização da invenção apresentadas a seguir representam uma solução universal e vantajosa. 0 ponto de partida das considerações é uma transmissão de informações binárias, formada de acordo com a Tabela 2 de sequências de frequências (símbolos). Durante a duração Ts de um símbolo, a frequência de emissão é mudada, neste exemplo, quatro vezes, de maneira impulsiva. Quanto maior for o N escolhido, mais protegida contra as perturbações pode fazer-se a transmissão de informação, mas também com custos crescentes do sistema. Por razões já indicadas anteriormente, N=4 frequências escolhidas diferentes e adaptadas são suficientes para a maior parte das utilizações da presente invenção. 11 i i

Escolha adaptada significa que as frequências usadas se distribuem na banda de transmissão disponível de modo tal que nunca um enfraquecimento selectivo, ou um perturbador numa banda estreita, possa influenciar simultaneamente duas ou mais frequências. Para fazer correctamente essa escolha, é necessária uma base experimental ampla, que tem de ser conseguida por amplas pesquisas na rede (medição da rede), pesquisas de campo e modelação teórica da rede, à base dos resultados das medidas. À disposição da rede de distribuição de uma empresa de fornecimento de energia (EVU) é colocada para a transmissão de informação, de acordo com a Norma europeia EN 50 065-1 a banda de frequências de 3KHz a 95KHz, portanto a largura de banda de B=92KHz. Se, por exemplo, se quiser transmitir informações binárias com uma taxa líquida de dados (taxa de bits) rD=l 200 Bit/s, com o processo por frequências de transporte múltiplas, que processa símbolos, fazendo N=4 saltos de frequência de transporte durante o tempo de duração de um símbolo T3, então a taxa de saltos de frequência é h=2 400 s-1. O inverso T= 1/h da taxa de saltos de frequência dá a duração do intervalo de tempo durante o qual se emite, respectivamente, uma das N frequências. A teoria da informação diz que, numa banda de frequências com a largura B=92 KHz, com a frequência de saltos de frequência h=2 400 Hz, pode transmitir-se simultaneamente, no máximo um número de B/h=92 000/2 400=38 formas de sinal, com uma frequência desviada de 2 400 Hz e, sem influência de perturbação mútua dos receptores, efectuar o processamento de correlação dos sinais podendo fazer a detecção sem erros - -er para isso a publicação DE-AI 44 23 978. 12 7 Γ\;

Seria portanto possível fazer funcionar, numa rede de distribuição de energia eléctrica, por exemplo entre um posto de transformação e a residência ligada até 38,4=9 modemes, com o processo de múltiplas frequências de transporte, que processam símbolos, e sem influências mútuas de ruído. O pressuposto decisivo para isso é não só uma geração altamente precisa dos sinais, como também a inclusão de todos os sinais de emissão numa trama temporal global e um processamento perfeitamente correlacionado dos sinais, na parte do receptor de cada modem.

Uma produção precisa dos sinais de emissão é necessária, não só pela ocupação densa do canal como também vantajosa numa única ligação ponto-a-ponto. É além disso importante que todos os sinais sejam derivados de uma frequência de base fixa e altamente constante e que não se verifique qualquer desvio de fase quando da mudança de frequência, mas sim que haja uma transição de fase contínua. Pelo contrário, a frequência tem de variar bruscamente, isto é, sem fenómenos transitórios. A transição sem desvio de fase é em todos os casos necessária, para que possam satisfazer-se os valores limites estritos para as perturbações fora da banda, de acordo com a norma EN 50 065-1, com custos de filtragem suportáveis.

No que respeita à geração dos sinais e ao processamento dos sinais num sistema de múltiplas frequências de transporte, como praticamente em todos os sistemas de transmissão de alta qualidade, é necessária em princípio uma sincronização. Em especial, na recepção correlativa, é necessário a sincronização do sinal de recepção, com um sinal de referência local existente no receptor. No caso do processo de múltiplas frequências de transporte que processa símbolos, esse sinal de 13 Γ\

referência vem de um sintetizador de frequências. Na emissão é igualmente necessário um sintetizador de frequências sincronizado, cujos sinais de saida, que transportam informação, são injectados na rede de energia. 0 problema da sincronização pode, nos sistemas que trabalham em linhas de transporte de energia, ser resolvido, facilmente e com custos reduzidos com o auxilio da tensão alternada da rede - ver, por exemplo, as patentes EP-B1-200 016, EP-B1-0 199 148 e EP-B1 P 507 R87. Numa parte desta descrição, mais adiante, apresenta-se uma sincronização correlativa independente da rede, que resulta vantajosamente directamente do processo de múltiplas frequências de transporte que processa símbolos, de acordo com a invenção.

Os meios físicos dos aparelhos de emissão e de recepção conhecidos para a transmissão da informação por redes de distribuição de energia não permitem a utilização de um processo com múltiplas frequências de transporte que processa símbolos. Depois da descrição do processo, indica-se portanto, no quadro da presente invenção, um dispositivo que inclui todas as partes essenciais para a síntese de sinais de emissão e para o processamento correlativo do sinal de recepção, para um processo com múltiplas frequências de suporte que processa símbolos. 0 novo dispositivo contém partes de circuitos analógicos e digitais sendo, com excepção de poucos componentes, integrável monoliticamente, podendo usar-se a tecnologia normalizada CMOS. No que respeita à escolha das frequências (posição das frequências usadas na banda de transmissão permitida. A função de um dispositivo de emissão num modem com o processo de múltiplas frequências de transporte que processa 14 Γ\ \>ι ο

Pb , \ζ» ? símbolos, para a transmissão de informações digitais através de uma linha de distribuição de energia é a geração, precisa e nos tempos exactos, de uma pluralidade de sinais, com frequências vizinhas relativamente próximas. Então, em função das informações a emitir, tem de ser possível uma variação da frequência, brusca e com continuidade de fase, sem que se verifique a existência de fenómenos transitórios. Nos dispositivos construídos na técnica analógica não podem realizar-se os requisitos indicados, sendo além disso inflexíveis quando se verificarem variações da frequência. 0 dispositivo de recepção de um modem tem de estar em condições de separar perfeitamente sinais com frequências vizinhas, com fase desconhecida. Para isso é necessária uma filtragem, em vias correlativas, adaptada aos sinais, em vários ramos do receptor que trabalham em paralelo. O princípio da correlação é suficientemente conhecido de manuais usuais. A partir de um correlator activo, geralmente constituído por uma unidade multiplicadora e uma unidade integradora, um filtro adaptado aos sinais (em inglês: "matched filter"), por exemplo para formas de sinal com a duração Tc do circuito integrado, quando se providencia, por sincronização, para que a unidade de integração seja colocada em zero no fim de cada intervalo do circuito integrado, depois de ser detectado o valor integrado durante o tempo do circuito integrado e ele ter eventualmente sido memorizado. 0 custo de um circuito deste género, em técnica analógica, seria insuportavelmente elevado, visto que, para cada frequência de transporte, é necessário um receptor em quadratura insensível à própria fase - ver também a publicação DE-AI 33 23 978. A fabricação de um receptor, com base num processo com múltiplas frequências de transporte que processam símbolos, com N=4 15 \

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7 frequências, exige portanto 8 correlatores separados. Até agora não foram realizadas estruturas deste género e portanto não há no mercado também quaisquer componentes físicos para a realização do processo de múltiplas frequências de transporte com elevada protecção contra as perturbações, embora não escasseiem nos domínios de aplicação. A presente invenção torna pela primeira vez possível uma base de meios físicos para a fabricação simples e reprodutível de modemes para processos com múltiplas frequências de transporte que processam símbolos, sendo possível, com um número crescente de peças produzidas, reduzir sempre os custos na fabricação industrial em série. A invenção é portanto apropriada para a utilização alargada de transmissões de dados protegidas contra as perturbações, nas redes de transporte de energia, em especial na Europa, onde são aplicadas as estreitas limitações da EN 50 065-1, para proporcionar a rotura. Até ao presente não pode obter-se no mercado europeu qualquer modem que funcione de maneira fiável, nem com os processos convencionais de modulação nem com a técnica das frequências de transporte múltiplas, para a transmissão de dados nas redes de distribuição de electricidade.

Descreve-se agora uma forma de realização da invenção, com referência às fig. 1 e 2. Por razões de melhor visão e clareza, considera-se a transmissão de informações binárias (portanto uma corrente de bite "H" e bits "L", aleatoriamente seguidos uns aos outros) com uma velocidade de dados fixa rD-l/TB-l 200 bit/s, com a utilização de quatro formas de sinal ortogonais, de frequências diferentes, com um tempo dos circuitos integrados ("chips") Tc=TB/2. Consideramos ainda um sistema com múltiplas frequências de transporte que processa 16

r símbolos, com N=4. A passagem para outros valores técnicos razoáveis de N, é factível pelos especialistas, com base destas formas de realização.

Nas redes de distribuição de electricidade, a regra é a recepção incoerente; portanto, são necessários, para N=4, oito correlatores, a funcionar em paralelo, no receptor. Com Tc=TB/2 resulta uma velocidade dos circuitos integrados h=2 400s_1. Na banda de frequências de 9,6KHz...148,8KHz podemos encontrar por exemplo 60 frequências que, com uma separação respectivamente de 2 400 Hz, formam um conjunto ortogonal de frequências, adaptando-se, em cada duração de tempo dos circuitos integrados Tc, respectivamente um número inteiro de períodos. Para uma frequência de exploração de βΟΟΚΗζ, são necessários, para uma representação sem erros, no máximo, 125 valores de exploração. Devido à recepção incoerente, são necessários, para cada valor de exploração do sinal de recepção, 8 valores de referência, de modo que para a saída dos valores de exploração dos sinais de referência é necessária uma frequência de cadência de fm=4,8MHz.

Nos processos com múltiplas frequências de transporte que processam símbolos, pode então obter-se um óptimo, relativamente à protecção contra perturbações e simultaneamente também segurança de manipulação, se as frequências pelas quais é repartida a informação útil estiverem o mais afastadas possível umas das outras. É pois improvável que várias frequências sejam simultaneamente sujeitas ao mesmo enfraquecimento e/ou à mesma influência de ruído. Para um sistema com N=4, é correcta a seguinte escolha das frequências: 17

fl u f3 U 52,800Hz 62,400Hz 72,000Hz 86, 4Hz

Tabela 3: Exemplo de uma fixação de frequências para N=4 A fig. 1 mostra a constituição global de um modem, cujo funcionamento se descreve em pormenor a seguir - a começar com o ramo de recepção. A partir da rede de distribuição de corrente (1), o sinal de recepção chega, através de um acoplador (2), a um filtro de banda (3), que dá passagem na faixa das quatro frequências desejadas (fi...f4), mas que bloqueia da melhor maneira possível a banda restante de frequências. A separação da tensão da rede e outras baixas frequências é já feita em grande parte pelo acoplador, que funciona como filtro passa-alto. Segue-se um dispositivo para a regulação automática da amplificação, constituído por três andares de três amplificadores operacionais (4,5,6), cujo ganho pode ser ajustado através de um sistema microcontrolador integrado (15). 0 sinal de recepção amplificado chega a um conversor analógico-digital (7), que fornece os valores de exploração, digitalizados, ao sistema de processamento de símbolos (8), cujos resultados são recebidos e reprocessados pelo sistema microcontrolador (15). 0 sistema microcontrolador (15) fornece finalmente, por um lado, os dados emitidos e aqui recebidos, através de uma interface em série e, por outro lado, calcula o ganho a ajustar, para três andares de amplificadores operacionais (4,5,6). Uma particularidade é aqui o facto de dois dos três amplificadores serem "rapidamente alterados", enquanto que o terceiro é ajustado, de símbolo para símbolo, elevado segundo um factor 2. A função 18 7

r R7 dos amplificadores que variam rapidamente é uma rápida reacção a alterações bruscas e importantes do canal, enquanto que o amplificador que se altera lentamente apenas deve compensar pequenas oscilações. 0 algoritmo de regulação, que vantajosamente é implementado na forma de um sistema de programação no sistema microcontrolador (15), procura sempre ajustar os amplificadores rápidos para o valor mais elevado possível do ganho, a fim de, no caso das variações rápidas no canal, se dispor de uma maior margem de reacção. Um preditor de nível, que fornece ao sistema microcontrolador (15) as bases de cálculo para os ajustamentos dos amplificadores, é realizado como formador de valores médios, em meios digitais físicos, e faz parte do sistema de processamento de símbolos (8). 0 preditor de nível (8) obtém Z valores digitalizados x(k), do sinal de recepção, e calcula portanto o valor estimado:

X sch π , ΣΚΌΙ·· *· 1. = 1 depois de decorrido cada tempo de duração de um símbolo. A relação entre o valor estimado XSCh e um valor prescrito Xsoii proporciona a base para a geração da instrução de comando, para ajustamento do ganho pelo sistema microcontrolador (15) . 0 ganho máximo é variável de 1 a 4 096, podendo cada um dos andares de amplificação ser ajustado para valores do ganho de 1,2,4,8 ou 16.

Uma outra unidade funcional, no interior do sistema de processamento dos símbolos (8), que se descreve no parágrafo seguinte, com referência à fig. 2, efectua a preparação do sinal de emissão, preparando-se uma corrente de dados digitais 19 para emitir que, a partir de uma fonte de dados, chega ao sistema microcontrolador, preparado de tal modo que se conduzem directamente a um conversor digital-analógico (12) os valores de exploração das formas de sinais a emitir. 0 sinal de emissão, convertido de digital para analógico, é filtrado num filtro passa-baixo de reconstrução (11) c, depois de uma amplificação, é levado a um andar de emissão (10), através do acoplador de emissão (9) à rede (1) de distribuição de energia. Os blocos funcionais (13) e (14) servem para a sincronização da transmissão de dados com a tensão alternada da rede. Então, o bloco funcional (13) efectua uma detecção, muito precisa, da passagem pelo zero e, simultaneamente, efectua a separação galvânica da informação de passagem pelo zero da rede de energia, com o auxilio de um acoplador óptico. No bloco (14) realiza-se um laço de regulação de fase (PLL="Phase Locked Loop"), por meio do qual se eliminam derivas de alta frequência dos impulsos, de qualquer tipo, da informação de passagem pelo zero, de modo que, finalmente, é levado uma entrada de interrupção do sistema microcontrolador (15) um sinal de sincronização, de flanco íngreme e estável. A sincronização com a tensão alternada da rede não é uma solução geral óptima; por isso, mais adiante descreve-se uma forma aperfeiçoada vantajosa da presente invenção que realiza uma sincronização correlativa e assim também se obtém uma sincronização perfeita, sem a tensão alternada da rede. O esquema de blocos representado na fig. 2 mostra um sistema microcontrolador integrado que inclui os blocos funcionais (7,8,12,15) da fig. 1. Na realização real de um sistema completo com múltiplas frequências de transporte e que processa símbolos, é vantajoso integrar todas as unidades funcionais da fig. 1, com excepção dos acopladores (2,9) e do 20 V C- (λ f" ,-L-v amplificador (10), monoliticamente na forma de um "Mixed-Signal-ASIC". Aqui vai considerar-se apenas a secção representada na fig. 2, porque ela é mais apropriada para a explicação das funções essenciais de acordo com a invenção, do que um circuito completo e portanto relativamente menos inteligível.

Na fig. 2, um sinal de recepção separado da rede de energia, filtrado e amplificado é levado a um circuito conversor analógico-digital (21) . Como - como mais atrás se explicou - uma rede de distribuição de energia eléctrica é, em regra, incoerente na recepção, são necessários, para N=4, oito correlatores, que funcionam em paralelo, no receptor. Devido à recepção incoerente, são necessários, para cada valor de exploração do sinal de recepção, oito valores de referência. Para a frequência de exploração de 600KHz, são necessários 125 valores de exploração por frequência, de modo que para a saida dos valores de exploração de referência, é necessária uma memória para 2 000 valores de exploração, no caso de uma frequência de impulsos de cadência fm=4,8MHz.

No seguimento, o sinal de recepção digitalizado será designado por E(iTa). Aqui é iTa o tempo discreto, com 1=0,1,2,..,. Cada um dos valores de exploração digitalizados E(iTa) do sinal de recepção é multiplicado, num multiplicador digital (22), por oito valores de exploração do sinal de referência R (iTa+vTa/8) , com V=0,...,7, proveniente de uma memória de formas de sinal ou valores de exploração (214) . Os oito produtos parciais são, em seguida, integrados ao longo da duração Tc da forma de sinal (duração de tempo do circuito integrado), isto é, são totalizados digitalmente em acumuladores separados. Estes acumuladores são realizados, de 21 ί\ r ,<v,VVÍv ,θ7 preferência, sequencialmente de acordo com a fig. 2. Um adicionador (23) pode ser conjuntamente ligado com oito registadores (24...29,210,211) que se lhe seguem e um comutador (212) com uma estrutura em anel. No início da recepção de uma forma de sinal, o comutador (212) está, durante o tempo de oito impulsos da frequência fm na posição (II) , isto é, a estrutura em anel está desligada, de modo que chegam zeros a uma entrada do adicionador (23), enquanto que a outra entrada recebe sucessivamente oito resultados da multiplicação E(iTa).R(iTa + vTa/8), com v=0...7 provenientes do multiplicador (22) . Resultam daqui as seguintes combinações: R(iTa+0.Ta/8) R(ÍTa+l.Ta/8) R(iTa+2.Ta/8) R(ÍTa+3.Ta/8) R(iTa+4.Ta/8) R(iTa+5.Ta/8) R(iTa+6.Ta/8) R(ÍTa+7.Ta/8) = Valor de exploração de seno fj-Chip (Componente em fase para Chip fi = Valor de exploração de seno f2-Chip (Componente em fase para Chip f2 = Valor de exploração de seno f3-Chip (Componente em fase para Chip f3 = Valor de exploração de seno f4-Chip (Componente em fase para Chip f4 = Valor de exploração de coseno Chip fi (Componente em quadratura Chip fi) = Valor de exploração de coseno Chip f2 (Componente em quadratura Chip f2) = Valor de exploração de coseno Chip f3 (Componente em quadratura Chip f3) = Valor de exploração de coseno Chip f4 (Componente em quadratura Chip f4)

Depois de passados oito impulsos da frequência fm, ficam nos registadores (24...29,210,211) os resultados seguintes: 22 7

( , ,-,Α,.-νΛ-Λ

Registador -» I 24 25 26 27 28 29 210 211 Q4 q3 q2 Qi Ϊ4 I3 I2 li

Neste quadro, Ij é a componente em fase e Qj a componente im quadratura do "Chip" com a frequência fj, com j=l,...4.

Por ser i=0, no inicio de uma forma de sinal temos: Q*(0) = £(0)^(0+7178) + 0, 03(0) = E(0)-R(0+6Ta/8) + 0, Q2(0) = E(0)R(0+5Ta/8) + 0, Q1(0) = E(0)-R(0+4-Ta/8) + 0, l4(0) a E(0)-R(0+3Ta/8) + 0, l3(0) = E(0)R(0+2-Ta/8) + 0, l2(0) = E(0)R(0+1Ta/8) + 0, ΐ!<0) = E(0).R(0+0Ta/8) + 0. A adição de 0 resulta do facto de a estrutura em anel estar separada pelo comutador (212) . Depois de decorridos os referidos oito impulsos da frequência fm/ o comutador (212) é levado para a posição (I), de modo que a estrutura em anel descrita é iniciada, de modo que o conteúdo do registador (211) chega agora ao adicionador (23) . Efectuam-se agora operações de cálculo que acumulam os conteúdos dos registadores 24...29,210,211 da seguinte maneira: 23 /1 * .r v;

Pn '-~7 R.gí.M.,24 Q4(í) = E(íT,)'R(íT, +^)+^Ε(5Τ.)·κ(«Τ* Regiatador25‘. Qj(0 + 7 Ά 8 - ζ^—\β x E{íT,)r(íT. +^1.) + ΣΕ(ξΤ.).κ(ξΤ, +6~f) Ijp \ «.gi.ci.r26: Q2(i) = E(iT,)'R[iT,+3iJ+ ΣΕ(ξΤ„)·Η(ξΤ, + 5-yJ «.gi.Md.r27: Q,(i) = E(íT,) r(íT, + 2e) + ^E(ÇT.)-r(çT. +4~J B.gi.t.dor2S: Id(i) = E(iT»)·R(iT, + 2*) + ΣΕ(ξΤ„) · r( ξΤ, + 3 · V O ' ξ==0 ^ E(iT,)RÍiT, +¾ + ΣΕ(ξΤ.)·ΗίξΤ, +2- V ® ' Ç=0 V E(iT,) · RÍ ÍT, + -¾ + Σ Ε(ξΤ, ) · RÍ ξΤ. +1 · V O j ξ=ο V E(iT,) · r(íT, + + Σ Ε(ξΤ, )r^t,+o2]

Regietadot29l '3(0 =

Regietador210' «3(0 Regiatadoi21 1: I,(i) ÍL 83; 8 V 8 /

Partindo da hipótese de que uma forma de sinal tem a duração do tempo do circuito integrado ("chip"), obtemos, depois de i=N impulsos da frequência fa, também depois de 8.N impulsos da frequência fm as oito componentes do sinal desejadas, nos registadores 24...29,210,211 da fig. 2: 24 25 26 27 28 29 210 211 Q<j 1_ q3 q2 Qi I4 Is I2 li

Para a decisão que se segue dos símbolos é, em primeiro lugar, necessário fazer a adição geométrica das componentes Ij,Qj do sinal, de acordo com o princípio do receptor em quadratura: 24 ' 4

Βι=τ/'ι+Qf; b2=Vi1+Q1; Bj-VrftQf; b^VT+ÕT resultando daí os valores Bm...B4.

As operações de cálculo da elevação ao quadrado e da extracção da raiz quadrada podem ser realizadas, sem problemas, por meios físicos digitais, sendo no entanto considerável a despesa, em especial no caso de um domínio dinâmico grande. Na presente invenção, utiliza-se vantajosamente, portanto, a seguinte aproximação: B, * n>ax{l,.Q,}+Q+ j)' ««"{ij.Q,}, que fornece, com muito menor complicação, resultados equivalentes. Então, em cada caso, adicionam-se os valores de correlação maiores Ij ou Qj, de uma componente do sinal, aos menores multiplicados por (1/4 - 1/8). As operações aritméticas e lógicas simples, para isso necessárias, são realizadas num bloco funcional (215) , um segundo comutador (216) e um jogo de registadores (217) dos resultados. Depois de decorrido um tempo do circuito integrado, leva-se, exactamente por meio de oito impulsos, à posição II, de modo que os oito valores de correlação ao bloco (215) . Os quatro primeiros desses valores (I1...I4) são imediatamente deslocados para o jogo de registadores (217) . 0 comutador (212) está então de novo na posição (I) , de modo que os valores de correlação da forma de sinal seguinte podem correr para os registadores (24...29,210,311). Então, para outro cálculo dos valores Bj de acordo com a prescrição de cálculo anterior, o 25 . λ- 07 comutador (21δ) está fechado, de modo que os quatro valores (II . .I4) regressam sucessivamente ao bloco funcional (215), sendo cada um deles, comparado com os valores em quadratura (Q1...Q4)/ memorizados no bloco (215). Calcula-se o valor maior e desloca-se o mesmo para o jogo de registadores (217) dos valores.

Os respectivos valores de correlação menores, deslocam-se para a direita respectivamente de três posições de bits, divididos por quatro ou por oito, respectivamente, e somam-se os resultados. Para a adição final de acordo com a regra de cálculo anterior, repõem-se os valores máximos memorizados no jogo de registadores (217), através do segundo comutador (216), no bloco funcional (215), para adição com os valores minimos, respectivamente reduzidos à escala com (1/4+1/8), deslocando-se os resultados para o jogo de registadores de resultados (217) . Ficam então ai disponíveis os quatro valores desejados Bj, com os quais pode efectuar-se seguidamente a decisão dos símbolos.

De acordo com a Tabela 2, pode fazer-se uma decisão dos símbolos, em cada caso, depois de decorridos quatro intervalos de tempo do circuito integrado. Para isso, é necessário adicionar os valores Βχ...Β4 provenientes do jogo de registadores (217) em quatro intervalos de tempo do circuito integrado consecutivos, de acordo com o esquema seguinte, e armazenar os resultados nos quatro registadores de símbolos (219...222). 26

V \κ

Intervalo do "chip" N° 1 2 3 4 Registador de símbolos Símbolo de dados Bi + B2 + B3 + b4 Σ => 222 00 b2 + B3 + B4 + Bi Σ 221 01 B3 + B4 + Bi + b2 Σ 220 10 B4 + Βχ + b2 + b3 Σ -> 219 11

Tabela 4: Cálculo dos valores dos símbolos

As operações necessárias são feitas com o auxilio de um multiplexador (225) e de um adicionador (218) em colaboração com o jogo de registadores de valores (217) e dos registadores de símbolos (219...222). No fim do primeiro intervalo de "chip" preenchem-se os registadores de símbolos (219...222) com zeros. 0 multiplexador (225) fornece agora, por ordem, os quatro valores (Bi...B4) de acordo com a coluna 1 da Tabela 4, no adicionador (218), cuja Segunda entrada recebe entretanto zeros. Depois do segundo intervalo de "chip" interessam os valores da Segunda coluna da tabela 4, ciclicamente permutados, provenientes do multiplexador, isto é B2,B3,B4,Bi, de modo que, devido ao acoplamento de retroacção do registador de símbolos para o adicionador (218), depois de quatro passos de adição, estão contidas nos registadores de símbolos as somas parciais correspondentes às duas primeiras colunas da Tabela 4. A continuação das considerações representadas fornece, depois de decorridos os dois intervalos de "chip" restantes, os resultados dos símbolos nos registadores (219...222). Num decisor (226), tem agora de ser calculado o máximo dos três resultados, para determinar a combinação de 27

bits de dados respectiva, que pode então ser fornecida como dados de recepção ED, no colector de dados. A partir dos resultados do cálculo dos símbolos pode, no entanto, obter-se ainda mais informação, que pode ser usada convenientemente para uma outra forma de realização aperfeiçoada da invenção, designadamente para a sincronização, correlativa autonomamente, da tensão alternada da rede, que se descreve em pormenor na próxima secção. Antes, há ainda que explicar os restantes blocos da fig. 2, que contêm as funções essenciais da emissão. A peça nuclear dos meios físicos de emissão é a memória das formas de sinal (214), que contém os valores de exploração das formas dos sinais de emissão que, em grande parte, podem ser usados com vantagem também no serviço de recepção, como valores de referência da exploração dos sinais. Os dados a emitir, os dados de emissão SD, chegam em primeiro lugar a um bloco funcional (213), onde são combinados, de maneira correspondente à formação dos símbolos, de acordo com a tabela 2, para obter sequências de frequências. Na sequência prevista de acordo com a tabela 2, são agora sucessivamente interrogadas e lidas as zonas de endereços da memória (214) das formas de sinais nas quais estão armazenados os valores de exploração pertencentes às frequências desejadas. No caso de uma frequência de cadência de exploração de 600KHz, as zonas de endereços teriam respectivamente um comprimento máximo igual a 125. Ao todo, poderiam então memorizar-se no máximo 500 valores de exploração. Para que o custo do filtro passa-baixo de reconstrução (224), que se segue a um conversor digital-analógico (223), seja mantido reduzido, é vantajoso elevar a frequência de impulsos, na síntese do sinal de emissão (SS), por exemplo para 1,2MHz ou 2,4MHz. A memória 28 (~ήΊ yd?—

/" d-V : χ I \ \ ·,

\ X necessária aumenta então proporcionalmente. Um outro pormenor importante, na refinação do lado da emissão, consiste em não haver, quer na mudança de frequência no interior de um símbolo, quer nos limites dos símbolos, quaisquer variações de fase abruptas, isto é, que se garanta a continuidade de fase. Caso contrário, não se satisfariam as directivas apertadas relativamente à potência de ruído fora da banda, de acordo com a norma EN 50 065-1.

Depois da descrição de um exemplo de realização, apresenta-se agora, numa parte final, da representação da invenção, um tipo especial da sincronização autónoma, que é possível mediante uma estruturação especial da arquitectura do receptor, como subproduto.

Em muitos casos, é vantajoso que possa prescindir-se da tensão alternada da rede como referência de sincronização. Em alguns países do leste europeu, onde a estabilidade da frequência da rede é pior que na rede europeia interligada, não pode já obter-se uma sincronização suficientemente precisa para velocidades de "chip" de cerca de 1 000 s'1. Mas também, quando numa comunicação em funcionamento há também uma falha de energia, é necessário ter uma sincronização do receptor autónoma do sinal recebido. Em geral, é vantajoso ter uma sincronização grosseira sempre, feita com o auxílio da tensão alternada da rede e compensar então permanentemente os erros de sincronização com base no processo correlativo apresentado a seguir, de modo a obter, como efeito final, uma sincronização tão exacta como a que seria possível com base na tensão alternada da rede interligada europeia interligada, mesmo quando a referência de sincronização possa ser isenta de 29

, ί—j7 r Λ . - νΛ..-, instabilidade, com o auxilio de um lacete digital de regulação de fase.

Em receptores correlativos conhecidos, a sincronização autónoma a partir do sinal de recepção é regra geral muito dispendiosa, mais que a realização da própria correlação. Pelo contrário, na presente invenção, pode realizar-se esta sincronização sem aumento notável dos custos, com os meios físicos já existentes no receptor. Devido ao facto de se utilizarem em todos os emissores e receptores, em princípio, osciladores de quartzo para a produção dos impulsos de cedência, dispõe-se desde logo de uma base de tempo suficientemente estável. A função do dispositivo de sincronização é então, no fim de contas estabelecer a coincidência, na escala de tempos existente no sinal de recepção, com o gerador localmente no receptor. Este fenómeno complexo vai agora explicar-se, com referência à fig. 3, que se apoia na tabela 2, com referência também à tabela 5.

Na fig. 3, estão representados os quatro símbolos que transportam informação e as respectivas combinações de dados.

Partindo da combinação de bits "00", vê-se que ele resulta do símbolo correspondente a "10" por um deslocamento cíclico para a direita e do correspondente a "01" por um deslocamento para a esquerda. Relativamente à sincronização, deslocamento para a direita significa que a escala de tempos da referência local, no receptor, está em avanço relativamente ao sinal recebido, isto é, para a correcção seria necessário realizar um atraso. Analogamente para a operação de deslocamento para a esquerda.

Se se tiver escolhido "01" como ponto de partida, no caso do deslocamento cíclico para a direita resultaria "00" e, para 30 o deslocamento para a esquerda, "11". Se fizermos a mesma consideração descrita para cada símbolo, torna-se claro que, apenas com a consideração do valor de correlação maior e o seguinte ao maior, pode determinar-se se existe um avanço ou um atraso da escala de tempos no lado da recepção. A diferença dos valores proporciona, além disso, um ponto de referência sobre a grandeza do erro de sincronização, isto é, quanto maior for, mais rigorosamente a sincronização está ajustada e quanto menor mais necessária é a correcção. A correcção da sincronização é simples de realizar, de acordo com as observações anteriores (seja o ponto de partida a recepção do símbolo correspondente a "00"): se tivermos detectado, por exemplo, avanço, como uma diferença relativamente grande entre o maior valor de correlação ("00") e o seguinte ("10"), então retarda-se a referência local, no receptor, um pouco, o que digitalmente é muito simples por inserção de passos de cadência adicionais. Depois da operação de correlação seguinte, procuram-se novamente os valores de correlação maior e o seguinte. Suponhamos que agora se emite o símbolo pertencente à combinação de bits "11"; portanto é para este símbolo que se recebe o maior valor de correlação. Depois da correcção anterior do avanço, espera-se agora que surja o segundo valor de correlação, para "01" e que a diferença para o maior tenha aumentado, isto é, a sincronização torna-se melhor. Prossegue-se com os passos de correcção descritos, eventualmente sempre com diminuição, até se detectar avanço em vez de atraso da referência do lado da recepção. Atinge-se um estado estável óptimo quando, para a maior diferença entre o maior valor de correlação e o seguinte, depois de cada operação de correlação, isto é, depois de decorrido o tempo correspondente à duração de um símbolo se detectar alternadamente avanço e atraso da referência no lado da 31 ι--- \ •fc'

recepção. Na prática raramente se verificará esta situação ideal, visto que, devido a sinais de ruido, sempre existentes, a diferença procurada está também sujeita a variações da sincronização, que não podem distinguir-se dos erros de sincronização. Isso significa que, para atingir o estado estável descrito, regra geral haverá maiores correcções (mais passos de deslocamento) que as esperadas teoricamente. A tabela seguinte esclarece as relações descritas relativamente à escala de tempos, tendo-se tomado a emissão do símbolo correspondente à combinação de bits "00" - ver a linha superior (emitido).

Avanço

Tabela 5: Para a explicação do princípio da sincronização correlativa

No lado do receptor, nota-se um avanço importante da escala de tempos de referência. Isso conduz, por um lado, a que o valor da correlação seja menor para o símbolo emitido e que, por outro lado, para símbolos que não foram emitidos, resultem contribuições. Isto é, no caso do processo de sincronização de acordo com a invenção, mas apenas para um 32 único símbolo, designadamente o que está associado com a combinação de bits "10". Para os dois restantes símbolos não há qualquer contribuição para a correlação. Os rectângulos a tracejado, dispostos verticalmente na tabela 5, abrangem, cada um dos quatro "chips" de um símbolo, as contribuições para correlação de um símbolo dadas pelo desfasamento no tempo nas posições erradas. Vê-se que apenas no símbolo correspondente a "10" podem haver contribuições - nos outros "01" e "11" não há qualquer coincidência das frequências.

Lisboa, 29 de Junho de 2001. ^Agente oficial da propriedade indus triai

33

Claims (7)

1.

r\

.ΑΛ, *-····' REIVINDICAÇÕES Processo para a transmissão de dados digitais por frequências de transporte múltiplas, através de redes de distribuição de energia eléctrica, no qual se utiliza a tensão alternada da rede, como sinal de referência global, para a sincronização da síntese de sinais para a emissão e recepção e para a sincronização do processamento do sinal de recepção, no qual o início de uma transmissão de dados está sempre acoplado a uma passagem da tensão da rede pelo zero, e no qual, para a transmissão de informação por meio de mudanças de frequência, rápidas e com continuidade de fase, e por meio do processamento de símbolos a) se formam, a partir de uma corrente de dados a emitir, combinações de ld(N) bits de dados, de um número N de símbolos, a partir de cada um dos quais se constituem formas de sinal com o mesmo número N de frequências diferentes, e sendo N uma potência de dois, de preferência N=4, b) se utiliza, no lado da recepção, um número 2N de filtros digitais adaptados aos sinais, que funcionam em paralelo, para a recepção incoerente simultânea óptima de todas as formas de sinais utilizados para a representação de um símbolo, formando-se para cada uma da N formas de sinal um valor numérico digital correspondente à energia de cada forma de sinal, como valor de correlação, c) se efectua uma avaliação e redução numa certa escala dos N valores de correlação, por comparação com um limiar escolhido livremente, e d) se somam os N valores de correlação que formam um símbolo para obter um valor respectivo do símbolo, a 1

)ΙΛ>·

partir daí se determina o símbolo com o valor mais elevado e se fornece como saída a combinação de bits de dados directamente associada, como dados de recepção ED.

2. Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por o limiar utilizado para a avaliação e a redução à escala ser escolhido como uma percentagem do valor máximo possível de autocorrelação de uma forma de sinal e se ajustar adaptativamente, em função da energia recebida do ruído e/ou do sinal útil.

3. Processo de acordo com as reivindicações 1 ou 2, caracterizado por, com a finalidade de uma sincronização correlativa, determinar, em cada caso, além do valor máximo dos símbolos também o valor seguinte em grandeza, donde se determina o sentido de um erro no tempo, da sincronização (isto é em avanço ou em atraso), bem como a grandeza desse erro.

4. Processo de acordo com a reivindicação 3, caracterizado por, a partir do sentido e da grandeza de um erro de fase, se gerar uma informação de comando para um dispositivo de sincronização que, de maneira_adaptativa, compensa o erro determinado.

5. Dispositivo, na forma de um circuito integrado misto, analógico/digital ("Mixed-Signal-ASIC), para a realização do processo de acordo com qualquer das reivindicações 1 a 4, que para isso está equipado para usar a sincronização das sínteses de sinais para a emissão e a recepção e para a sincronização do processamento do sinal de recepção, a 2

: ---¾ > V/-tensão alternada da rede como sinal de referência global, estando o inicio de uma transmissão de dados sempre acoplado com uma passagem da tensão da rede pelo zero, com a) um dispositivo para a emissão e para a recepção incoerente óptimas, em paralelo, de N formas de sinal com frequências diferentes, sendo o número N igual a uma potência de dois, e sendo o sinal de recepção desacoplado da rede (1) , amplificado e filtrado, levado, depois de uma conversão analógico/digital, levado a um multiplicador digital (22) interno do circuito, cuja Segunda entrada recebe um sinal de referência digital, proveniente de uma memória (214) de valores de exploração, associando-se a cada valor de exploração do sinal de recepção 2N valores de referência de acordo com os valores de exploração em fase e em quadratura das N formas de sinal usadas, caracterizado por b) existir uma estrutura em anel, formada por um adicionador (23), um conjunto de 2N registadores (24 a 29,210,211) e um comutador (212), que está equipado para acumular os produtos obtidos no multiplicador (22) de modo que, depois de decorrido o tempo de duração de uma forma de sinal, estão acumulados, nos 2N registadores, as componentes em fase e as componentes em quadratura das N formas de sinal utilizadas para um símbolo, c) o circuito, com utilização do comutador (212), estar equipado para, por separação da estrutura em anel constituída pelo adicionador e o conjunto de registadores, conduzir os 2N resultados dos registadores para um circuito de adição geométrica, que está disposto para, por meio de uma aproximação, 3 formar um valor numérico digital correspondente ao valor da energia do sinal respectivo, d) existir uma outra estrutura em anel constituída por um adicionador (218), um conjunto de N registadores (219 a 222) e um multiplexador (225), que está disposta para acumular valores dos símbolos, de modo que, depois de decorrido um tempo de um símbolo, estão presentes nos N registadores, os valores dos símbolos respectivos, que são levados a um dispositivo de avaliação e de decisão (226), que está disposto para determinar o símbolo com o valor mais elevado e o imediatamente seguinte, em valor, e fornecer na saída as combinações de bits de dados correspondentes, como dados de recepção ED, e e) existir uma unidade integrada (8) de geração de impulsos de cadência e de comando, disposta para, além da síntese dos sinais de referência, no caso da recepção, endereçar, no caso da emissão, as memórias (214) dos valores de detecção de modo que os seus sinais de saída formem, com continuidade de fase, formas de sinais de emissão que, depois de uma conversão analógico/digital, uma filtração em filtros passa-baixo e uma amplificação, são acoplados à rede de energia (1).

6. Dispositivo de acordo com a reivindicação 5, caracterizado por a) existir, para as funções do comando do sistema e da tradução dos sinais e da transferência de dados, um sistema de microcontrolador (15) ou um microprocessador ou um circuito digital que é um 4 componente monolítico integrado do "Mixed-Signal-ASIC", e b) por, por meio do sistema microcontrolador (15), ou do microprocessador ou do circuito digital, na operação de emissão, poderem levar-se ao dispositivo de emissão combinações de dados, ajustando-se no dispositivo de emissão, previamente, uma taxa de dados a utilizar e o número N de formas de sinais com frequências diferentes, por símbolo, por programação do sistema do microcontrolador, (15) do microprocessador ou do circuito digital no "Mixed-Signal-ASIC".

7. Dispositivo de acordo com as reivindicações 5 ou 6, caracterizado por, para a eliminação da deriva dos impulsos, quando da detecção da passagem pelo zero, se utilizar um laço digital de regulação da fase, constituído por um correlator digital que serve para a detecção da fase e um regulador digital não linear, de modo que se disponha de um sinal de sincronização sem variações de curto prazo. Lisboa, 29 de Junho de 2001. (Agente oficial da propriedade industrial. cA

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