WO2002095978A1 - Procedimiento de optimizacion de la comunicacion para sistema de transmision digital ofdm multiusuario sobre red electrica - Google Patents

Procedimiento de optimizacion de la comunicacion para sistema de transmision digital ofdm multiusuario sobre red electrica Download PDF

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WO2002095978A1
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Jorge Vicente Blasco Claret
Juan Carlos Riveiro Insua
Nils Hakan Fouren
Francisco Javier Jimenez Marquina
Feliciano Gomez Martinez
Luis Manuel Torres Canton
Aitor Garcia San Jose
Francisco José BLASCO ABRIL
Carlos Pardo Vidal
Agustín BADENES CORELLA
Diego Arlandis Malonda
Angel Ramiro Manzano
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Diseño De Sistemas En Silicio, S.A.
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    • Y02D30/50—Reducing energy consumption in communication networks in wire-line communication networks, e.g. low power modes or reduced link rate

Definitions

  • the invention belongs to the telecommunications sector, and more specifically it is applicable to bidirectional communication between a header device and a plurality of user equipment, to optimize the downlink transmission, determined by the link from the communication equipment. header with the user equipment, and to optimize the transmission of the upstream channel determined by the link from the user equipment with the header equipment, and also sharing of the electrical network for the upstream and downstream channels through division duplexing in frequency (FDD) and / or by time division duplexing (TDD), so that multiple services can be offered to users by the power grid.
  • FDD frequency
  • TDD time division duplexing
  • the object of the invention is to provide a new method in which the power grid is shared both in time and frequency optimally and at all times, both in the ascending and descending channels, by means of Continuous monitoring of the quality of the uplink and downlink communication by estimating the signal-to-noise ratio (S / N) in the different carriers of said upstream and downstream channels.
  • the invention makes the choice of the optimal mode of transmission from the ' monitoring performed by modifying, packet by packet, the number of bits per carrier, of the redundancy introduced by means of the correction codes / detection of errors in advance generated by a FEC (Forward Error Correction) that are conventionally sent, from the FEC itself and / or the transmission mode, so that capacity is maximized of transmission of multiple user equipment through the electricity distribution network.
  • FEC Forward Error Correction
  • the invention provides for transmission to multiple user equipment at the same time (ultimate mode), optimized to the transmission characteristics of the power grid.
  • the invention has been specially designed to optimize the upstream and downstream channel communication of the Spanish patent application n ⁇ 200003024 referring to "system and method of digital transmission of point-to-multipoint data over the power grid".
  • This system uses OFDM modulation with multiple carriers that are transmitted throughout the channel using very narrow bandwidths.
  • the invention has developed a process To be characterized because it includes:
  • Modifying the number of bits per carrier is the same as modifying the modulation used in each of the carriers, or modifying the density of the constellation in the modulation. In this case the transmission speed is increased.
  • the method of the invention comprises the characteristic that the header equipment can carry out the transmission to multiple user equipment (multicast mode) taking advantage of the transmission characteristics of the network.
  • the estimation of the S / N ratio, both in the ascending channel and in the descending channel, is made from the error signal of the receiver demodulator; this error signal being determined by the difference between the signal entering the demodulator of the receiver and the desired signal, which is the signal that is estimated as transmitted, if the point of the constellation of each carrier was located in the optimal position according to the possible points of the constellation used in that carrier, being the estimate of the S / N, from the appropriate demodulation provided that the erroneous bit rate (BER) is low enough not to affect the process of estimating the noise level.
  • BER erroneous bit rate
  • the monitoring of the quality of the communication in the downlink and uplink includes the estimation of the noise power by means of the demodulator of the user equipment and header only in the signal received in the carriers in which the modulation is known used, and the noise power value is obtained from an estimation of the quadratic value.mediate noise, from the demodulator error signal, by squared noise weighting for a certain number of symbols to prevent the Impulsive or short-lived noises from the power grid produce errors in the estimation of the noise power at reception.
  • the corresponding equipment estimates the signal strength, selectively taking as such a standardized level in reception that compensates for the effects of the channel, this level being previously established and known by design by the equipment, or by measuring the power of the signal received preferably after performing the equalization process to compensate for the effect of the channel on the signal transmission.
  • the equipment In both the upstream and downstream channels the equipment accumulates the demodulator error signal after demodulating the signal received in the carriers in which the receiver knows the modulation used, to carry out the monitoring, preferably by filtering the estimate to avoid oscillations in said estimation of the noise power in the different carriers.
  • the calculation of the S / N is carried out after accumulating the error samples of the demodulation, either during windows (periods of time) of M duration symbols or during windows in which at least P measurements have been made in all carriers, so that a calculation of the S / N is obtained with greater reliability, with M and P being values previously established and known by all the equipment, so that unwanted changes in the optimization of communication are avoided.
  • carriers are sent with fixed modulation previously established and known by all teams, within a group of carriers, preferably with a modulation with low S / N needs and whose position varies over time symbol a symbol within each group, so that after a certain number of symbols all carriers of each group will have ever been forced to use fixed modulation (grid); all this in such a way that the user equipment monitors the quality of the communication even when the information sent by the header equipment is directed to another user equipment, since it knows the modulation used to transmit the grid carriers.
  • the header equipment only makes S / N estimates of a certain user equipment while that user is transmitting data through the uplink, so each time the header equipment wishes to update its estimation of S / N of a user equipment, selectively performs one of the actions following:
  • the user equipment to transmit the information that said user equipment wishes, in which case the monitoring carried out is blind, since in this case the header equipment does not know the information sent by the user, although the modulation used in the carriers of the communication, which has been predefined in advance through the communication between the header team and the user teams.
  • the communication monitoring in the uplink is performed by estimating the S / N ratio in the different carriers received in the header equipment, which were previously sent from the corresponding user equipment.
  • the optimization of the transmission includes the possibility of varying the mode of transmission of the information, based on the monitoring of the quality of the communication, which is carried out following the following guidelines:
  • modulations with denser constellations are used by selecting the number of points in the constellation of the modulation by comparing the estimated S / N with a series of theoretical thresholds of s / N, together with modifiable FEC codes, that is, with correction codes and / or error detection in advance with different error protection capabilities, to maximize the transmission of information, all maintaining a certain rate BER
  • modifiable FEC codes that is, with correction codes and / or error detection in advance with different error protection capabilities
  • This normal transmission mode allows the optimization of communication using combinations of more or less dense constellations and codes with high or low correction / error detection capabilities. Multiple combinations are possible, such as using a minimum FEC redundancy and constellations with few bits per carrier, or using FEC codes with high redundancy and using denser constellations.
  • the optimization of the transmission is carried out based on the estimation of the S / N in the different carriers, but it should be noted that the erroneous packet rate (PLR) is also taken into account, that is, the reason for the number of packages received correctly between the total sent, the quality of service (QoS) required and the size of the information to be sent regarding the capacity of the OFDM symbols, adapting according to these parameters, package by package, of the FEC code and the redundancy that it must enter, the number of bits per carrier and / or transmission mode (normal mode or HURT mode); so that the number of bits of the information packet together with the redundancy approximates, without exceeding, an integer multiple of the number of bits that are transmitted in an OFDM symbol.
  • PLR erroneous packet rate
  • QoS quality of service
  • the invention provides:
  • the transmission in HURTO mode is selected when the estimated S / N is below a previously established value, indicating that not even a modulation with low need for S / N together with FEC codes that introduce a great redundancy with guarantees of obtaining a certain BER at the exit of the FEC, or when you want to send information to one or more user equipment with a high probability of receiving the correct information, as for example happens in the case of sending control messages.
  • the transmission of information in HURTO mode includes the sending of all carriers used with a modulation with low S / N requirements for demodulation, as well as the use of FEC codes that introduce sufficient redundancy to correct and / or detect in reception a large number of errors produced by transmission through the power grid.
  • the modulation with low S / N requirements used is preferably a QPSK modulation.
  • the number of times the information is repeated that is to say the degree of diversity used, is modified based on the characteristics estimated on the electricity grid, modification that is made package by package, receiving the same information as many times as diversity was selected in HURTO mode. In this case, a process of combining the different signals received is performed to estimate the information actually sent.
  • the process of combining the different signals received to estimate the information actually sent in the HURT mode comprises performing well the coherent sum of the signals that are received in diversity by multiplying them by a coefficient based on the S / N of the carriers in which the information was received before demodulation (maximum reason combination), or demodulate the information that comes in diversity independently and carry out a weighted vote according to the Demodulation error signal.
  • the redundancy introduced by the FEC code is dynamically modified to maintain an error rate so that it is not necessary to alter the modulation, and codes with greater correction capacity are used of errors when there is more noise affecting the transmission.
  • the invention provides for the use of denser than acceptable constellations to maintain a certain BER with a given S / N, for which the FEC is adapted to introduce a greater redundancy, sufficient so that said BER is maintained in reception, thus improving the transmission capacity when using denser modulations while maintaining a certain error rate.
  • the adaptation of the FEC is carried out package by package to offer different qualities of service (QoS), and all this in such a way that the current configuration of the FEC is indicated at the other end by means of the headers used in the packages, which consists adaptation of the FEC in altering the redundancy generated by the FEC over the signal, in altering the FEC code itself used to adapt to the noise of the line, or in altering both aspects.
  • QoS qualities of service
  • different combinations of bits are selected per carrier, redundancy, FEC codes, mode of transmission and diversity, storing the combinations selected in a series of tables in the user and header equipment. These combinations are selected to offer different qualities of service in the communication such as maximizing transmission, minimizing latency, etc.
  • a combination is selected, which is done package by package, indicating the combination of parameters chosen by means of a reference, preferably a position of the table, which is sent in the message header. Therefore, based on the quality required and the estimate made of the S / N, a certain position of the table is accessed in which the different parameters to be used are indicated, such as number of bits, FEC, etc.
  • the header equipment wishes to send the same information to a group of user equipment, or to all of the system, selectively uses: - Transmission in HURT mode.
  • the user equipment of the group with the least number of bits in a carrier is the one that limits the density of the constellation that can be used in the transmission of that carrier unless the redundancy included in the signal is increased , being the Bit values per carrier known by the header equipment, and the header equipment indicating the number of bits per carrier used in each carrier by the headers of the messages that are sent to the user group.
  • the headings also inform about the membership of one or more users to the group that has to demodulate the messages sent, that is, they report the dynamic reallocation of the groups of users made. Therefore, by means of the process of the invention, the transmission of information is optimized at all times depending on the conditions of the channel and the quality required in the transmission.
  • FIGURE Figure 1 Shows a schematic example of a way to send the information to multiple users, in which the header team chooses the least number of bits per carrier in each of the carriers to ensure that All user equipment to which the information is directed are able to obtain it.
  • the invention is applicable in those systems in which there is a header device 1 communicated bi-directionally through the electrical network with a plurality of user equipment 2 by sharing the network in the upstream channel and descending by frequency division duplexing and / or by time division duplexing, transmitting a signal with OFDM modulation (Frequency Orthogonal Division Multiplexing), with multiple carriers with different modulations and with error correction / detection codes in advance FEC, using very narrow bandwidths.
  • OFDM modulation Frequency Orthogonal Division Multiplexing
  • the method of the invention comprises continuously monitoring the quality of the communication by estimating the noise signal (S / N) in the different carriers of the upstream and downstream channels by the receivers of the header equipment 1 and the receivers of User equipment 2 respectively.
  • S / N the noise signal
  • it comprises choosing the optimal mode of transmission from the monitoring of the S / N, by modifying the number of bits per carrier, of the redundancy introduced in the information by the FEC, of the own FEC code and / or transmission mode, making such choice on all received carriers.
  • the monitoring of the channel consists in the continuous estimation of the S / N in the different carriers received, and since the bandwidths used in the communication are narrow, it can be assumed that the response in these bandwidths is flat, with which the estimation of the S / N can be done in a simple way from the error signal of the demodulator of the receiver.
  • This error signal is the difference between the signal that is arriving at the receiver at that time and the desired signal (which is the signal that is estimated to arrive, if the constellation point is located in the optimal position according to the possible constellation points used in that carrier).
  • This error signal is a good estimator of the noise level with respect to the signal obtained at the receiver.
  • the noise power level (N) can be estimated by the mean square error E n , defined as the mathematical expectation of the product of the noise signal in the current sample (k) by the conjugate noise signal in the current sample , so you can say that:
  • the demodulator of the receiver compensates for the effect of the channel on the received signal, and at its output the difference between the received signal and what is estimated to arrive is calculated, that is, the error signal is obtained.
  • the demodulator used can be consistent or differential, since it is possible with either of these two configurations to obtain an error signal from which the S / N can be estimated.
  • a possible implementation of this demodulation would be an equalization with an LMS algorithm, RLS, etc., of those conventionally used in the state of the art. It is possible that there are several user equipments that are using the channel in the same OFDM symbol on different frequencies, so it would not be possible to estimate the S / N in all carriers, but only in the carriers used by Each of the user equipment. This does not imply any damage since the monitoring / adaptation process is carried out carrier to carrier for both communication links, as previously mentioned.
  • the S / N value obtained according to the equation above is an estimate that is closer to the real value of the signal to noise ratio when the S / N is sufficiently high. This provides greater precision when deciding to use denser constellations in modulation, which need a higher S / N for proper demodulation, and therefore provides greater accuracy when it comes to increasing the transmission capacity over the power grid
  • users are able to carry out monitoring even if they are not the recipients of the information, so that in the transmission of the header equipment, it sends a grid, which consists of the carriers of the Symbols, after the synchronization sequence that is used conventionally, is divided into carrier groups, and within each group, they are divided into carrier groups with a fixed modulation that has low S / N requirements for demodulation.
  • These carriers are changing their position symbol to symbol within each group, so that after a certain number of symbols all carriers of each group have ever been forced to use the modulation set, so that any user equipment can perform the estimation of the S / N on the carriers of the grid, since it knows the modulation used. Therefore, in the case where the information is directed to another user equipment, the user equipment to which the information is not directed carries out the monitoring only on the grid carriers, in which the error signal is obtained in The demodulator of the receiver.
  • the grid carriers are modulated in QPSK, which is a modulation with low S / N requirements, that is, the probability of its correct detection in reception is very high.
  • QPSK a modulation with low S / N requirements, that is, the probability of its correct detection in reception is very high.
  • a weighting of the noise is carried out during a certain number of frames to prevent impulse or short-lived noise from the mains causing errors in reception.
  • an estimate of the average from the squared error signal obtained from the demodulator of the receiver is used.
  • the S / N is estimated in the manner indicated above.
  • the head - end is the one that should monitori ⁇ zar quality of the line while the user equipment transmitted.
  • the header equipment can only take S / N measurements of certain user equipment while this user is transmitting data through the uplink. Therefore, when the header team wants to refresh its S / N estimate of a user team, it performs one of the following operations: - Instructs the user team to send specific information so that the header team can measure the S / N. In this case the monitoring is done in non-blind mode, since the receiver knows the information sent. - Order the user team to transmit the information he wants.
  • the monitoring is blind, since the header does not know the information sent by the user equipment, although the modulation used is.
  • the estimation of the S / N in the upstream channel carriers is made by obtaining the noise from the squared error signal, and from the noise the S / N is estimated in the same way as indicated above for the case of the descending channel.
  • the information received on all carriers is used to estimate S / N with the demodulator error signal, since the user Know the constellation used in each of the carriers, which was previously negotiated with the header team, as is done conventionally.
  • the demodulation error signal is used to estimate the S / N in the grid carriers.
  • the system changes the transmission mode from normal mode to HURT mode (very secure high performance OFDM transmission).
  • This mode of transmission is that the transmission through the communications channel is carried out with diversity in frequency and / or time, that is, the same information is sent several times on different frequencies and / or instants of time, and also with all the carriers used in a modulation with low S / N requirements for demodulation, such as QPSK, and error detection / correction codes in advance (introduction two by the FEC) that introduce sufficient redundancy to correct and / or detect in reception a large number of errors caused by transmission through the power grid. Therefore, the receiver receives the same information several times, which increases the probability that the message sent can be decoded correctly.
  • the number of times the information is repeated, that is, the degree of diversity used is modified based on the estimated characteristics of the electricity grid. This factor can be modified package by package. It is possible that the equipment has defined configurations, for example in a table, and that the protocol indicates the use of one or another configuration of the degree of diversity to be used. This indication is made preferably in the message headers.
  • a diversity of 8 is used with 512 carriers in total and only diversity in frequency, in this case the information is sent on the carriers k, k + 64, k + 128, etc., modulated in QPSK.
  • the user receives the same information as many times as diversity was selected in HURTO mode. It is possible that there are errors in this information received due to transmission over the electricity network, so the user team has to decide what information was actually transmitted. There are multiple ways to make this decision, for example:
  • the method of the invention chooses the optimal form of communication according to the following possibilities:
  • variable FEC codes that is, with correlation codes and / or error detection in advance with different data protection modes, to maximize the transmission of information while maintaining a certain BER.
  • Multiple combinations are possible, such as using a minimum FEC redundancy and constellations with few bits per carrier, or using codes with high redundancy and using denser constellations (with more bits per carrier).
  • the information is sent with diversity in frequency and / or time thanks to the HURTO mode transmission described above.
  • the adaptation of the transmission capacity is made package by package based on the S / N estimation in the different carriers, the lost packet rate (PLR), the required quality of service (QoS) and the size of the information to be sent, deciding from these parameters the FEC code and the redundancy that it must enter, as well as the number of bits per carrier and the transmission mode (normal mode or HURT mode).
  • PLR lost packet rate
  • QoS quality of service
  • This whole process is carried out according to a secure transmission criterion, which according to one embodiment consists in maintaining a certain ratio of erroneous bits received among the totals (BER), or in another embodiment it consists in maintaining a certain reason of packets received with some wrong FEC block among totals (PLR).
  • BER erroneous bits received among the totals
  • PLR FEC block among totals
  • the error rate that can be allowed depends on the quality of service that the system is currently offering for a given application.
  • RBER Gross error rate per bit
  • FER FEC block error rate
  • PLR Lost packet rate
  • the above parameters can be related to each other in a mathematical way. for example using Reed-Solomon codes in the FEC you get:
  • the selected value of PLR results in a maximum value of RBER at the demodulator output.
  • Q (x) being the mathematical function used to calculate the area under the tail of a Gaussian probability density function, whose definition is the next:
  • ERFC complementary error function
  • P c is the probability of receiving a correct decision in a QAM system with M constellation points
  • pu is the probability of error in a PAM system with ⁇ J points having half the average power in each signal quadrature than the equivalent QAM system.
  • a series of sufficient S / N thresholds can be obtained to achieve a value of p b .
  • the thresholds depend on the correction / detection codes used. From these thresholds, a certain number of bits per carrier (bpc) can be used and therefore the modulation can be modified after estimating the S / N in the carrier in question.
  • This same reasoning can be used to provide different qualities of service, which translate into different PLR values. For each of the service qualities, and for each type of correction / detection code chosen, a different RBER value is found and from these values the S / N threshold is obtained from which the new one can be used modulation.
  • the size of the information to be sent can also be used to optimize communication, as noted above.
  • the number of bits in the information packet, together with the redundancy, must approximate, without exceeding, an integer multiple of the number of bits that are transmitted in an OFDM symbol.
  • the number of bits per carrier and the other information on the way in which the information is to be sent can be negotiated packet by packet, as indicated above.
  • the message headers are used to indicate the use of a certain position in the configuration table.
  • the estimated S / N value is used to calculate a combination of number of bits per carrier, codes and redundancy introduced by the FEC to maintain a given RBER, optimizing the transmission capacity, as it has been previously described.
  • the decision thresholds presented above indicate the modulation that should be selected while using a certain FEC, although it is also possible to use FEC codes that provide greater protection against errors and apply modulations with a greater number of bits than those recommended by the thresholds, obtaining , if the redundancy introduced has been sufficient, similar RBER values.
  • any change calculated in the user equipment must be communicated to the header team using part of the upstream channel, so that while the header team does not inform the user team that the constellation used in modulating the indicated carriers has changed , the user equipment does not update the demodulation form of the signal received on these carriers.
  • a similar process is performed in the upstream channel, although in this case it is the header team that determines the modulation change and awaits confirmation from the user involved. To avoid oscillation effects when the
  • a threshold table is used as shown then:
  • the estimated S / N be greater than 24.5 dB, while lowering the number of bits to a 4-QAM modulation it is necessary that the estimated S / N be less than 15.5 dB.
  • the change in modulation is only made when there are several carriers that must change modulation.
  • the carriers can be grouped into blocks, and only when a determined number of carriers of d or a block need to change modulation, it is reported this need to the other end of communication.
  • the decisions taken on the change in the modulation of the carriers are sent through the opposite channel to which the estimate was made.
  • a control channel is used, preferably by sending control messages, to report this change to the other end.
  • T to the and as described above, from the monitoring of line quality optimum communication form is decided, which is chosen or jeto b maximize the transmission capacity while maintaining a determined BER at the output of the F E C.
  • This can be done in multiple ways: by altering the number of bits per carrier (that is, the constellation used in each carrier), the redundancy introduced to correct / detect errors in reception and even the FEC code used to generate this redundancy on the signal. For example, carriers with low-density constellations (with a low number of bits per carrier) and with FEC codes that introduce little redundancy, or denser constellations but using FEC codes with greater redundancy, could be sent to avoid possible reception errors .
  • the biggest problem that the transmission by electric network presents consists in that the noise of the line does not have stationary characteristics, that is to say, it not only presents the Gaussian white noise, but it is also affected by other noises, such as impulsive noises or multiple noises of the fundamental frequency of the electrical distribution: 50 Hz or 60 Hz in networks such as North American.
  • an error rate can be maintained without the need to alter the modulation (number of bits assigned to each of the carriers), correcting more errors when there is more noise affecting the transmission.
  • denser constellations can be used (which would be transmitted at a higher speed) by adapting the FEC to introduce more redundancy, so that in reception a certain BER is maintained while improving transmission capacity.
  • the adaptation of the FEC can be done package by package, as already indicated previously, so that the current configuration is indicated at the other end of the FEC (code and redundancy) using the headers used in the packages.
  • the adaptation of the FEC not only consists in altering the redundancy generated by the FEC on the signal, but also consists in the possibility of altering the FEC code used to adapt to the noise of the line. For example, Reed-Solomon codes are adequate in cases of impulsive noise while convolutional ones are more suitable when the background noise of the line is primarily responsible for the deterioration of communication.
  • the header team wants to send the same information to a group of users, or to all users of the system, you can use the transmission in HURT mode, as described previously, but you can also use modulated constellations with the maximum number of bits per carrier that can be used as long as all users are able to demodulate it properly, maintaining a certain BER.
  • the head - apply denser constellations but adding sufficient redundancy of correction / error detection for all users of the group are able to retrieve the information sent properly.
  • the header equipment knows the number of bits per carrier that it has to use to transmit information through the downlink to each of the users based on the description made.
  • the user of the group with the least number of bits in a carrier is the one that limits the density of the constellation in that carrier unless the redundancy included in the signal is increased.
  • the information of the number of bits per carrier used in each carrier is indicated by the headers of the message that is sent to the user group.
  • Figure 1 shows an example of this way of sending the information to multiple user equipment 2, in which it is observed that the header equipment 1 chooses the least number of bits per carrier (bpc) in each of the carriers to ensure that all users of the group are able to obtain the information.
  • the header team reallocates user equipment groups dynamically, that is, the components of each group are not fixed, and membership in the group or groups that have to demodulate the messages is indicated in the headings of those messages.

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Abstract

Procedimiento de optimización de la comunicación para sistemas de transmisión digital OFDM multiusuario sobre red eléctrica. Los receptores de los equipos (1, 2) monitorizan la calidad de la comunicación estimando la relación señal-ruido (S/N) de las portadoras del canal ascendente y descendente. Los equipos de usuario (2) realizan la monitorización independientemente de que sean el destino de la transmisión. El modo óptimo de transmisión se elige a partir de la monitorización, modificando paquete a paquete, el número de bits por portadora, la redundancia introducida por los códigos de corrección/detección de errores generados por un FEC, el propio FEC y/o el modo de transmisión. Se consigue así una compartición óptima de la red en frecuencia y tiempo y se maximiza la capacidad de transmisión de los múltiples equipos de usuario. Aplicable a la comunicación bidireccional punto-multipunto a través de la red eléctrica.

Description

PROCEDIMIENTO DE OPTIMIZACIÓN DE LA COMUNICACIÓN PARA SISTEMA DE TRANSMISIÓN DIGITAL OFDM MULTIUSUARIO SOBRE RED ELÉCTRICA
CAMPO TÉCNICO DE LA INVENCIÓN
La invención pertenece al sector de las telecomunicaciones, y más concretamente es aplicable a la comunicación bidireccional entre un equipo de cabecera y una pluralidad de equipos de usuario, para realizar la optimización de la transmisión del canal descendente, determinado por el enlace desde el equipo de cabecera con los equipos de usuario, y para optimizar la transmisión del canal ascendente determinado por el enlace desde los equipos de usuario con el equipo de cabecera, y efectuándose además la compartición de la red eléctrica para los canales -ascendente y descendente mediante duplexación por división en frecuencia (FDD) y/o mediante duplexación por división en tiempo (TDD), de modo que por la red eléctrica se puedan ofrecer múltiples servicios a los usuarios.
OBJETO DE LA INVENCIÓN La invención que nos ocupa tiene por objeto proporcionar un nuevo procedimiento en el que se comparta la red eléctrica tanto en tiempo como en frecuencia de forma óptima y en todo momento, tanto en el canal ascendente como en el descendente, mediante la monitorización continua de la calidad de la comunicación del enlace ascen- dente y descendente mediante la estima de la relación señal a ruido (S/N) en las distintas portadoras de dichos canales ascendente y descendente.
La invención realiza la elección del modo óptimo de transmisión a partir de' la monitorización realizada mediante la modificación, paquete a paquete, del número de bits por portadora, de la redundancia introducida mediante los códigos de corrección/detección de errores por anticipado generados por un FEC (Forward Error Correction) que convencionalmente se envían, del propio FEC y/o del modo de transmisión, de manera que se maximiza la capacidad de transmisión de los múltiples equipos de usuario por la red de distribución de electricidad.
Además la invención prevé la transmisión a múltiples equipos de usuario al mismo tiempo (modo ulti- cast), optimizada a las característica de transmisión de la red eléctrica.
La invención ha sido especialmente concebida para realizar la optimización de la comunicación del canal ascendente y descendente de la solicitud de patente española nδ 200003024 referente a "sistema y procedimiento de transmisión digital de datos punto a multipunto sobre red eléctrica".
ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN Tal y como se señala en la solicitud española de patente nδ 200003024, para poder realizar la compartición de la red eléctrica tanto en tiempo como en frecuencia de forma óptima en todo momento y para maximizar la capacidad de transmisión de los múltiples usuarios por la red de distribución de electricidad, es necesario realizar una monitorización continua de las características del canal en cuanto a atenuación y desfase entre los equipos de usuario y el equipo de cabecera, y de los diferentes ruidos que afectan a la red eléctrica.
Este sistema utiliza modulación OFDM con múltiples portadoras que se trasmiten por todo el canal utilizando anchos de banda muy estrechos.
En dicha solicitud de patente, no se describe en detalle el procedimiento de optimización de la transmisión. DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN
Para realizar la optimización de la transmisión por la red eléctrica en un sistema que comprende una pluralidad de equipos de usuario y un equipo de cabecera que están comunicados bidireccionalmente a través de dicha red eléctrica, la invención ha desarrollado un procedimien- to que se caracteriza porque comprende:
- Monitorizar continuamente la calidad de la comunicación, mediante la estima de la relación señal a ruido (S/N) en las distintas portadoras del canal ascenden- te y descendente por parte de los receptores del equipo de cabecera y de los equipos de usuario respectivamente .
- Monitorizar por parte de los equipos de usuario el estado de la red en cualquier momento con independencia de que sea ese equipo de usuario el destino o no de la transmisión.
- Elección del modo óptimo de transmisión a partir de la monitorización realizada, mediante la modificación, paquete a paquete, del número de bits por portadora, de la redundancia introducida por el bloque de genera- ción de códigos de corrección de errores por anticipado FEC, del propio código FEC y/o del modo de transmisión.
Estas características permiten realizar la compartición de la red eléctrica tanto en tiempo como en frecuencia de forma óptima en todo momento, y además permiten maximizar la capacidad de transmisión de los múltiples equipos de usuario por dicha red eléctrica.
El modificar el número de bits por portadora es lo mismo que modificar la modulación utilizada en cada una de las portadoras, o modificar la densidad de la constelación en la modulación. En este caso se aumenta la velocidad de transmisión.
Además el procedimiento de la invención comprende la característica de que el equipo de cabecera puede realizar la transmisión a múltiples equipos de usuario (modo multicast) aprovechando las características de transmisión de la red.
La estimación de la relación S/N, tanto en el canal ascendente como en el descendente, se realiza a partir de la señal de error del demodulador del receptor; estando determinada esta señal de error por la diferencia entre la señal que entra al demodulador del receptor y la señal deseada, que es la señal que se estima como transmitida, si el punto de la constelación de cada portadora estuviera situado en la posición óptima de acuerdo a los posibles puntos de la constelación empleada en esa portadora, siendo la estimación de la S/N, a partir de la demodulación adecuada siempre que la tasa de bits erróneos (BER) sea suficientemente baja como para no afectar al proceso de estimación del nivel de ruido. La monitorización de la calidad de la comunicación en el enlace descendente y ascendente, comprende la estimación de la potencia de ruido mediante el demodulador del equipo de usuario y de cabecera únicamente en la señal recibida en las portadoras en las que se conoce la modula- ción utilizada, y se obtiene el valor de potencia de ruido a partir de una estimación del valor cuadrático.medio del ruido, a partir de la señal de error del demodulador, realizando una ponderación del ruido al cuadrado durante cierto número de símbolos para evitar que los ruidos impulsivos o de corta duración de la red eléctrica produzcan errores en la estimación de la potencia de ruido en recepción.
En la monitorización de la calidad de la comunicación en el enlace descendente y ascendente, el equipo correspondiente estima la potencia de la señal, selectivamente tomando como tal un nivel normalizado en recepción que compense los efectos del canal, siendo este nivel previamente establecido y conocido por diseño por los equipos, o bien realizando una medida de la potencia de la señal recibida preferentemente tras efectuar el proceso de ecualización para compensar el efecto del canal sobre la transmisión de la señal.
Tanto en el canal ascendente como en el descendente los equipos acumulan la señal de error del demodulador tras demodular la señal recibida en las portadoras en las que el receptor conoce la modulación empleada, para realizar la monitorización, preferentemente realizando un filtrado de la estimación para evitar las oscilaciones en dicha estimación de la potencia de ruido en las distintas portadoras .
De esta manera, el cálculo de la S/N se realiza tras acumular las muestras de error de la demodulación, bien durante ventanas (períodos de tiempo) de M símbolos de duración o bien durante ventanas en las que se han realizado al menos P medidas en todas las portadoras, de forma que se obtiene un cálculo de la S/N con una mayor fiabilidad, siendo M y P valores previamente establecidos y conocidos por todos los equipos, de manera que se evitan cambios indeseados en la optimización de la comunicación. En el caso concreto del enlace descendente, se envían portadoras con modulación fija previamente establecida y conocida por todos los equipos, dentro de un grupo de portadoras, preferentemente con una modulación con bajas necesidades de S/N y cuya posición varía en el tiempo símbolo a símbolo dentro de cada grupo, de forma que tras cierto número de símbolos todas las portadoras de cada grupo habrán sido alguna vez forzadas a emplear la modulación fija (rejilla); todo ello de forma que el equipo de usuario monitoriza la calidad de la comunicación incluso cuando la información enviada por el equipo de cabecera se dirige hacia otro equipo de usuario, ya que conoce la modulación empleada para transmitir las portadoras de la rejilla.
Respecto a la monitorización del enlace ascendente cabe señalar que el equipo de cabecera únicamente realiza estimaciones de S/N de un cierto equipo de usuario mientras ese usuario está trasmitiendo datos por el enlace ascendente, por lo que cada vez que el equipo de cabecera desea actualizar su estimación de S/N de un equipo de usuario, realiza selectivamente una de las acciones siguientes :
- Ordena al equipo de usuario que envíe información específica para que el equipo de cabecera pueda medir la S/N de la forma descrita, en cuyo caso la monito- rización no es una monitorización ciega, puesto que el receptor del equipo de cabecera conoce la información enviada por el transmisor.
- Ordenar al equipo de usuario que transmita la información que dicho equipo de usuario desee, en cuyo caso la monitorización realizada es ciega, puesto que en este caso el equipo de cabecera no conoce la información enviada por el usuario, aunque sí la modulación empleada en las portadoras de la comunicación, lo cual ha sido predefinido con antelación a través de la comunicación entre el equipo de cabecera y los equipos de usuario.
Por tanto la monitorización en la comunicación en el enlace ascendente se realiza mediante la estimación de la relación S/N en las distintas portadoras recibidas en el equipo de cabecera, que previamente fueron enviadas desde el equipo de usuario correspondiente.
Tal y como fue indicado, la optimización de la transmisión comprende la posibilidad de variar el modo de transmisión de la información, a partir de la monitorización de la calidad de la comunicación, lo cual se efectúa siguiendo las siguientes pautas:
- Si la S/N es suficientemente elevada se utilizan modulaciones con constelaciones más densas (mayor número de bits por portadora) seleccionando el número de puntos en la constelación de la modulación mediante la comparación de la S/N estimada con una serie de umbrales teóricos de s/N, junto con códigos FEC modificables, es decir con códigos de corrección y/o detección de errores por anticipado con diferentes capacidades de protección frente a errores, para aumentar al máximo la transmisión de información, todo ello manteniendo una determinada tasa BER. Esta forma de transmisión la denominaremos transmisión en modo normal en la que se proporcionan diferentes combinaciones de constelaciones más densas o menos densas, es decir con mayor número de puntos en la constelación cuanto mayor sea la S/N, junto con códigos FEC variables, esto es, con códigos de corrección y/o detección de errores por anticipado con diferentes modos de protección de datos, para aumentar al máximo la transmisión de información, manteniendo una determinada tasa de BER. Este modo de transmisión normal permite realizar la optimización de la comunicación utilizando combinaciones de constelaciones más o menos densas y códigos con alta o baja capacidad de corrección/detección de errores. Son posibles múltiples combinaciones como utilizar una redundancia de FEC mínima y constelaciones con pocos bits por portadora, o bien utilizar códigos FEC con gran redundancia y utilizar constelaciones más densas.
- Si la S/N es demasiado baja, o bien se desea trasmitir información a uno o más usuarios de forma más segura, se trasmite la misma información varias veces en distintas frecuencias y/o tiempos. Este modo de transmisión se conoce como transmisión con diversidad en modo HURTO (transmisión OFDM muy segura de altas prestaciones).
Tal y como ha sido descrito, la optimización de la transmisión se realiza en base a la estimación de la S/N en las distintas portadoras, pero cabe señalar que también se tiene en cuenta la tasa de paquetes erróneos (PLR), esto es, la razón del número de paquetes recibidos correctamente entre el total enviado, la calidad de servicio (QoS) exigida y el tamaño de la información a enviar respecto a la capacidad de los símbolos OFDM, realizándose la adaptación según estos parámetros, paquete a paquete, del código FEC y de la redundancia que éste deberá introducir, del número de bits por portadora y/o de modo de transmisión (modo normal o modo HURTO); de forma que el número de bits del paquete de información junto con la redundancia se aproxime, sin exceder, a un múltiplo entero del número de bits que se trasmiten en un símbolo OFDM. Además en la optimización de la transmisión la invención prevé:
- Introducir márgenes de histéresis tanto para aumentar como para disminuir el número de bits por portadora utilizados a partir de la comparación de la S/N con los umbrales de S/N previamente fijados, para mantener un determinado BER, todo ello para evitar efectos de oscilación cuando la S/N se aproxima al umbral de cambio del número de bits .
- Cambiar la modulación únicamente cuando el número de portadoras que deben cambiar de modulación es mayor que un determinado valor previamente establecido.
- Enviar por el canal opuesto al que se realizó la estimación, las decisiones tomadas sobre el cambio en modulación de las portadoras que se envían, de forma que para el enlace descendente el equipo de usuario monitoriza la calidad en las distintas portadoras, y en caso de estimar necesario un cambio de modulación informa al equipo de cabecera, pasando seguidamente a esperar la confirmación del equipo de cabecera del cambio de modula- ción antes de utilizar esta nueva modulación, mientras que para el enlace ascendente se sigue un proceso idéntico pero en el que el equipo de cabecera monitoriza y el equipo de usuario confirma el cambio de modulación. En estos casos para enviar las decisiones tomadas sobre el cambio en modulación de las portadoras que se envían, se utiliza preferentemente un canal de control o mensajes de control. En una realización de la invención se selecciona la transmisión en modo HURTO cuando la S/N estimada está por debajo de un valor previamente establecido, indicativo de que no puede utilizarse ni siquiera una modulación con baja necesidad de S/N junto con códigos FEC que introduzcan una gran redundancia con garantías de obtener un determinado BER a la salida del FEC, o bien cuando se desee enviar información a uno o más equipos de usuario con gran probabilidad de que reciba la información correcta, como por ejemplo sucede en el caso de envío de mensajes de control.
La transmisión de información en el modo HURTO comprende el envío de todas las portadoras utilizadas con una modulación con bajos requisitos de S/N para su demodulación, así como la utilización de códigos FEC que introduzcan suficiente redundancia para corregir y/o detectar en recepción un gran número de errores producidos por la transmisión a través de la red eléctrica. La modulación con bajos requisitos de S/N empleada es, preferentemente, una modulación QPSK.
En la transmisión en modo HURTO el número de veces que se repite la información, es decir el grado de diversidad empleado, se modifica a partir de las caracte- rísticas estimadas sobre la red eléctrica, modificación que se realiza paquete a paquete, recibiéndose la misma información tantas veces como diversidad fue seleccionada en el modo HURTO. En este caso se efectúa un proceso de combinación de las distintas señales recibidas para estimar la información realmente enviada.
En una posible implementación del procedimiento de la invención, el proceso de combinación de las distintas señales recibidas para estimar la información realmente enviada en el modo HURTO comprende realizar bien la suma coherente de las señales que se reciben en diversidad multiplicándolas por un coeficiente basado en la S/N de las portadoras en las que se recibió la información antes de la demodulación (combinador de razón máxima), o bien demodular la información que viene en diversidad de forma independiente y realizar una votación ponderada según la señal de error de la demodulación.
Únicamente en el caso en el que se utilice diversidad en frecuencia, antes de realizar el proceso de combinación o votación pueden seleccionarse grupos de portadoras dependiendo de la distribución de la S/N estimada, o bien utilizar todas ellas, con el objetivo de optimizar el método de estimación de la información recibida en diversidad.
En el caso en el que existan múltiples ruidos impulsivos en la red eléctrica, se modifica dinámicamente la redundancia introducida por el código FEC para mantener una tasa de errores de manera que no sea necesario alterar la modulación, y se utilizan códigos con mayor capacidad de corrección de errores cuando haya más ruido afectando la transmisión.
Además la invención prevé el empleo de constelaciones más densas que las aceptables para mantener un determinado BER con una determinada S/N, para lo que se adapta el FEC para introducir una mayor redundancia, suficiente para que en recepción se mantenga dicho BER, consiguiéndose mejorar la capacidad de transmisión al utilizar modulaciones más densas manteniendo una determinada tasa de errores .
En cualquiera de los casos la adaptación del FEC se realiza paquete a paquete para ofrecer diferentes calidades de servicio (QoS), y todo ello de manera que se indica al otro extremo la configuración actual del FEC mediante los encabezamientos utilizados en los paquetes, consistiendo dicha adaptación del FEC en alterar la redundancia generada por el FEC sobre la señal, en alterar el propio código FEC utilizado para adecuarse al ruido de la línea, o bien en alterar ambos aspectos.
En una posible implementación del procedimiento de la invención se seleccionan distintas combinaciones de bits por portadora, redundancia, códigos FEC, modo de transmisión y diversidad, almacenando en los equipos de usuario y de cabecera las combinaciones seleccionadas en una serie de tablas. Estas combinaciones se seleccionan para ofrecer distintas calidades de servicio en la comuni- cación como pueden ser maximizar la transmisión, minimizar latencia, etc. En este caso a partir de la estimación realizada y de los distintos parámetros descritos anteriormente, PLR, longitud, etc., se selecciona una combinación, cosa que se realiza paquete a paquete, indicándose la combinación de parámetros elegida mediante una referencia, preferentemente a una posición de la tabla, que es enviada en el encabezamiento de los mensajes. Por tanto en base a la calidad requerida y a la estimación realizada de la S/N se accede a una determinada posición de la tabla en la que se indican los diferentes parámetros a emplear, como número de bits, FEC, etc.
En el caso en el que el equipo de cabecera desee enviar una misma información a un grupo de equipos de usuario, o a todos los del sistema, utiliza selectivamente: - La transmisión en modo HURTO.
- Constelaciones moduladas con el máximo número de bits por portadora que pueda ser utilizado siempre que todos los equipos de usuario sean capaces de demodularla adecuadamente, es decir, que todos los usuarios del grupo puedan demodularla manteniendo un determinado BER.
- Constelaciones densas, pero añadiendo la suficiente redundancia de corrección/detección de errores para que todos los usuarios del grupo sean capaces de recuperar la información enviada.
En el segundo supuesto, el equipo de usuario del grupo con menor número de bits en una portadora, es el que limita la densidad de la constelación que se puede utilizar en la transmisión de esa portadora a menos que sea aumentada la redundancia incluida en la señal, siendo los valores de bits por portadora conocidos por el equipo de cabecera, e indicando el equipo de cabecera la información del número de bits por portadora utilizado en cada portadora mediante los encabezamientos de los mensajes que se envían al grupo de usuarios . Además en los encabezamientos también se informa de la pertenencia de uno o varios usuarios al grupo que tiene que demodular los mensajes enviados, es decir, informan de la reasignación dinámica de los grupos de usuarios realizados . Por tanto, mediante el procedimiento de la invención se optimiza la transmisión de información en todo momento dependiendo de las condiciones del canal y de la calidad requerida en la transmisión.
A continuación para facilitar una mejor comprensión de esta memoria descriptiva y formando parte integrante de la misma, se acompaña un única figura en la que con carácter ilustrativo y no limitativo se ha representado el objeto de la invención.
BREVE ENUNCIADO DE LA FIGURA Figura 1.- Muestra un ejemplo esquemático de una forma de enviar la información a múltiples usuarios, en el que el equipo de cabecera elige el menor número de bits por portadora en cada una de las portadoras para tener garantías de que todos los equipos de usuario a los que va dirigida la información son capaces de obtenerla.
DESCRIPCIÓN DE LA FORMA DE REALIZACIÓN PREFERIDA
Tal y como ya ha sido comentado la invención es aplicable en aquellos sistemas en los que existe un equipo de cabecera 1 comunicado bidireccionalmente a través de la red eléctrica con una pluralidad de equipos de usuario 2 realizando la compartición de la red en el canal ascendente y descendente mediante duplexación por división en frecuencia y/o mediante duplexación por división en tiempo, trasmitiéndose una señal con modulación OFDM (Multiplexación por División Ortogonal en Frecuencia), con múltiples portadoras con diferentes modulaciones y con códigos de corrección/detección de errores por anticipado FEC, utilizando anchos de banda muy estrechos.
El procedimiento de la invención comprende monitorizar continuamente la calidad de la comunicación mediante la estima de la señal a ruido (S/N) en las distintas portadoras del canal ascendente y descendente por parte de los receptores del equipo de cabecera 1 y de los receptores de los equipos de usuario 2 respectivamente. En el caso de la monitorización realizada por los equipos de usuario, éstos la realizan en cualquier momento con independencia de que sean ellos los destinatarios o no, tal y como será descrito con posterioridad, lo que constituye una gran ventaja, ya que se monitoriza el estado del canal en cualquier momento sin necesidad de que les sea enviada información a cada uno de ellos.
Además el procedimiento de la invención, comprende la elección del modo óptimo de transmisión a partir de la monitorización realizada de la S/N, mediante la modificación del número de bits por portadora, de la redundancia introducida en la información por el FEC, del propio código FEC y/o del modo de transmisión, realizándose dicha elección en todas las portadoras recibidas.
Por tanto la monitorización del canal consiste en la estimación continua de la S/N en las diferentes portadoras recibidas, y dado que los anchos de banda empleados en la comunicación son estrechos, se puede asumir que la respuesta en estos anchos de banda es plana, con lo que la estima de la S/N puede realizarse de forma sencilla a partir de la .señal de error del demodulador del receptor. Esta señal de error es la diferencia entre la señal que está llegando al receptor en ese momento y la señal deseada (que es la señal que se estima que debería llegar, si el punto de la constelación estuviera situado en la posición óptima de acuerdo a los posibles puntos de la constelación empleada en esa portadora) . Esta señal de error es un buen estimador del nivel de ruido respecto a la señal obtenida en el receptor.
En la señal transmitida el nivel de potencia de la señal está normalizado, por ejemplo con S=0,5. El nivel de la potencia de ruido (N) puede ser estimado por el error cuadrático medio En, definido como la esperanza matemática del producto de la señal de ruido en la muestra actual (k) por la señal de ruido conjugada en la muestra actual, de manera que se puede afirmar que:
En=E{n[k]n*[k]}
# En El demodulador del receptor compensa el efecto del canal sobre la señal recibida, y a su salida se calcula la diferencia entre la señal recibida y lo que se estima que debería llegar, es decir se obtiene la señal de error.
Para realizar esta función el demodulador empleado puede ser coherente o diferencial, ya que es posible con cualquiera de estas dos configuraciones obtener una señal de error a partir de la que se puede estimar la S/N. Una posible implementación de esta demodulación sería una ecualización con un algoritmo LMS, RLS, etc., de los usados convencionalmente en el estado del arte. Cabe la posibilidad de que haya varios equipos de usuario que estén utilizando el canal en un mismo símbolo OFDM en frecuencias distintas, por lo que no sería posible realizar una estimación de la S/N en todas las portadoras, sino solamente en las portadoras utilizadas por cada uno de los equipos de usuario. Esto no supone ningún perjuicio ya que el proceso de monitorización/adaptación se realiza portadora a portadora para ambos enlaces de comunicación, tal y como ha sido comentado con anterioridad. El valor S/N obtenido según la ecuación anterior, es una estimación que se aproxima más al valor real de la relación señal a ruido cuando la S/N es suficientemente elevada. Esto proporciona una mayor precisión a la hora de decidir la utilización de constelaciones más densas en modulación, las cuales necesitan una mayor S/N para su correcta demodulación, y por tanto proporciona una mayor precisión cuando se trate de incrementar la capacidad de transmisión sobre la red eléctrica.
Tal y como fue señalado con anterioridad, los usuarios son capaces de realizar la monitorización aunque ellos no sean los destinatarios de la información, para lo que en la transmisión del equipo de cabecera, éste envía una rejilla, que consiste en que las portadoras de los símbolos, tras la secuencia de sincronización que se utiliza covencionalmente se divide en grupos de portadoras, y dentro de cada grupo, se dividen en grupos de portadoras con una modulación fija que tenga bajas necesidades de S/N para su demodulación. Estas portadoras van cambiando su posición símbolo a símbolo dentro de cada grupo, de forma que tras cierto número de símbolos todas las portadoras de cada grupo han sido alguna vez forzadas a emplear la modulación fijada, de manera que cualquier equipo de usuario puede realizar la estimación de la S/N sobre las portadoras de la rejilla, ya que conoce la modulación empleada. Por tanto en el caso en el que la información vaya dirigida hacia otro equipo de usuario, el equipo de usuario al que no va dirigida la información realiza la monitorización únicamente sobre las portadoras de la rejilla, en las que se obtiene la señal de error en el demodulador del receptor.
En un ejemplo de realización las portadoras de la rejilla se modulan en QPSK, que es una modulación con bajas necesidades de S/N, es decir la probabilidad de su detección correcta en recepción es muy elevada. En cualquiera de los casos, es decir, tanto cuando la información va dirigida al equipo de usuario como cuando no, se realiza una ponderación del ruido durante cierto número de tramas para evitar que los ruidos impulsivos o de corta duración de la red eléctrica produzcan errores en la recepción. Para obtener el ruido se utiliza una estimación de la media a partir de la señal de error al cuadrado obtenida del demodulador del receptor.
A partir del ruido se estima la S/N de la forma indicada con anterioridad. Respecto a la monitorización en el enlace ascendente, el equipo de cabecera es el que debe monitori¬ zar la calidad de la línea mientras los equipos de usuario trasmiten. El equipo de cabecera, tal y como ya fue comentado con anterioridad, únicamente puede tomar medidas de S/N de cierto equipo de usuario mientras este usuario está trasmitiendo datos por el enlace ascendente. Por tanto cuando el equipo de cabecera quiere refrescar su estimación de S/N de un equipo de usuario realiza alguna de las siguientes operaciones: - Ordena al equipo de usuario que envíe información especifica para que el equipo de cabecera pueda medir la S/N. En este caso la monitorización se realiza en modo no ciego, ya que el receptor conoce la información enviada. - Ordena al equipo de usuario que transmita la información que él desee. En este caso la monitorización es ciega, puesto que la cabecera no conoce la información que envía el equipo de usuario, aunque sí la modulación empleada. En este caso la estimación de la S/N en las portadoras del canal ascendente se realiza obteniendo el ruido a partir de la señal de error al cuadrado, y a partir del ruido se estima la S/N de la misma forma que se indicó anteriormente para el caso del canal descendente. Por otro lado, en la monitorización del canal descendente, cuando el equipo de usuario es el destino de la información enviada por el equipo de cabecera, se utiliza la información recibida en todas las portadoras para realizar la estimación de S/N con la señal de error del demodulador, puesto que el usuario conoce la constelación empleada en cada una de las portadoras, lo cual fue negociado anteriormente con el equipo de cabecera, tal y como se realiza convencionalmente.
En las portadoras de la rejilla no es necesa- rio enviar una información fija, ya que los receptores pueden realizar la monitorización en modo ciego, es decir sin conocer la información que fue enviada a priori, ya que cualquier equipo de usuario conoce la posición de las portadoras de la rejilla y puede demodular la información, puesto que sabe que en esas portadoras se utilizó la modulación fijada en el sistema por diseño. Por tanto la señal de error de la demodulación sirve para estimar la S/N en las portadoras de la rejilla.
Cuando se desea proporcionar una comunicación segura en cualquier momento, como por ejemplo sucede con las señales de control, o cuando la monitorización realizada indica que no puede utilizarse ni siquiera una modulación con baja necesidad de S/N junto con códigos FEC que introduzcan una gran redundancia con garantías de mantener un determinado BER, el sistema cambia el modo de transmisión de modo normal a modo HURTO (transmisión OFDM muy segura de altas prestaciones).
Este modo de transmisión consiste en que la transmisión por el canal de comunicaciones se realiza con diversidad en frecuencia y/o en tiempo, esto es, la misma información se envía varias veces en distintas frecuencias y/o instantes de tiempo, y además con todas las portadoras utilizadas en una modulación con bajos requisitos de S/N para su demodulación, como por ejemplo QPSK, y códigos de detección/corrección de errores por anticipado (introduci- dos por el FEC) que introduzcan suficiente redundancia para corregir y/o detectar en recepción un gran número de errores producidos por la transmisión a través de la red eléctrica. Por tanto el receptor recibe varias veces la misma información con lo que se aumenta la probabilidad de que se puede decodificar correctamente el mensaje enviado. El número de veces que se repite la información, esto es, el grado de diversidad empleado, se modifica a partir de las características estimadas sobre la red eléctrica. Este factor puede ser modificado paquete a paquete. Cabe la posibilidad de que los equipos tengan unas configuraciones definidas, por ejemplo en una tabla, y que por protocolo se indique la utilización de una u otra configuración del grado del diversidad a emplear. Esta indicación se efectúa con preferencia en los encabezamientos de los mensajes.
En un ejemplo de implementación, se utiliza una diversidad de 8 con 512 portadoras en total y únicamente diversidad en frecuencia, en este caso se envía la información en las portadoras k, k+64, k+128, etc., modulada en QPSK.
Como consecuencia, el usuario recibe la misma información tantas veces como diversidad se seleccionó en el modo HURTO. Cabe la posibilidad de que existan errores en estas informaciones recibidas debido a la transmisión por la red eléctrica, por lo que el equipo de usuario ha de decidir qué información fue realmente transmitida. Existen múltiples formas de tomar esta decisión, por ejemplo:
- Elegir de entre todas las veces que llegó la misma información la que fue transmitida por las portadoras con mayor valor de S/N (selección de máxima S/N).
- Añadir coherentemente las señales recibidas que llevan la misma información después de multiplicarlas por un peso basado en la S/N de las portadoras por donde se trasmitió cada señal, y demodular la forma de onda resul- tante (combinador de razón máxima).
Tras realizar la monitorización de la calidad de la comunicación, el procedimiento de la invención elige la forma óptima de comunicación según las siguientes posibilidades:
- Si la S/N es suficientemente elevada se utilizan modulaciones más densas (con mayor número de puntos en la constelación cuanto mayor sea la S/N) junto con códigos FEC variables, esto es, con códigos de corréeción y/o detección de errores por anticipado con diferentes modos de protección de datos, para aumentar al máximo la transmisión de información manteniendo un determinado BER. Cabe la posibilidad de múltiples combinaciones, como utilizar una redundancia de FEC mínima y constelaciones con pocos bits por portadora, o utilizar códigos con gran redundancia y utilizar constelaciones más densas (con más bits por portadora) .
- Si la S/N es demasiado baja, o bien se desea trasmitir información a uno o más usuarios de forma más segura, se envía la información con diversidad en frecuencia y/o tiempo gracias a la transmisión en modo HURTO anteriormente descrita.
Por lo tanto, mediante la optimización de transmisión de la invención se realiza una adaptación de la capacidad de transmisión. Desde un punto de vista teórico, la capacidad de transmisión por cualquier canal de comunicaciones está limitado por el ancho de banda del canal y por el valor de la relación señal a ruido en ese canal. Mediante la fórmula de Shannon se obtiene el límite teórico de esta capacidad:
C=W-
Figure imgf000021_0001
donde es el ancho de banda del canal, P la potencia empleada, N0 es la densidad de ruido y SNR es la relación señal a ruido (S/N).
Esta capacidad teórica de transmisión es mayor que la que se puede conseguir utilizando los algoritmos de codificación y decodificación usuales en la transmisión de información, pero de la expresión matemática anterior se desprende un criterio para optimizar la transmisión: con mayores valores de S/N se puede utilizar el canal para trasmitir más información, lo que justifica las afirmaciones realizadas anteriormente en esta descripción. A partir de la estimación de la calidad del canal, el sistema modifica el modo de transmisión de forma adaptativa, teniendo como objetivo conseguir la máxima capacidad de transmisión mientras ésta siga siendo segura. En un ejemplo de implementación si se utilizaran constelaciones m-QAM, la modificación del modo de transmisión consistiría en modificar la "m" con m e {0, 2, 4, 8,
16, 32, 64 }, a partir de las estimaciones de calidad.
La adaptación de la capacidad de transmisión se realiza paquete a paquete a partir de la estimación S/N en las distintas portadoras, de la tasa de paquetes perdidos (PLR), de la calidad de servicio (QoS) exigida y del tamaño de la información a enviar, decidiéndose a partir de estos parámetros el código FEC y la redundancia que éste deberá introducir, así como el número de bits por portadora y el modo de transmisión (modo normal o modo HURTO) .
Todo este proceso se realiza según un criterio de transmisión segura, que según una realización consiste en mantener una determinada razón de bits erróneos recibi- dos entre los totales (BER), o en otra realización consiste en mantener una determinada razón de paquetes recibidos con algún bloque FEC erróneo entre los totales (PLR).
La tasa de error que puede permitirse depende de la calidad del servicio que el sistema esté ofreciendo en estos momentos para una determinada aplicación. A continuación se introducen algunos conceptos sobre las tasas de error en un sistema de comunicaciones para facilitar la comprensión del criterio utilizado en la invención. Estos conceptos son los siguientes: - Tasa de error bruta por bit (RBER) que es la tasa de los bits erróneos entre los totales a la salida del demodulador.
- Tasa de error de bloques FEC (FER) que es la tasa de los bloques (FEC) que no han sido corregidos (entre los totales) .
- Tasa de paquetes perdidos (PLR) que es la tasa de paquetes recibidos que contienen uno o más bloques FEC erróneos .
La PLR es variable, pero su valor es conocido para una calidad de servicio determinada. Así por ejemplo en una implementación se considera como suficiente, para que la transmisión por el canal tenga unas garantías de calidad aceptable para la mayoría de las aplicaciones, un PLR=10"4. Los anteriores parámetros pueden relacionarse entre sí de forma matemática. Así por ejemplo utilizando códigos Reed-Solomon en el FEC se obtiene:
pb = RBER PH = l - (^ p
Figure imgf000023_0001
siendo pb la tasa de error bruta por bit, pB la tasa de error bruta por byte, pF la tasa de error de bloques FEC, t el máximo número de bytes erróneos que pueden ser corregidos por el código de corrección/detección de errores y N el número de bytes tras añadir redundancia mediante el FEC. Además la tasa de paquetes perdidos PLR y la tasa de error en los bloques FEC (FER) están directamente relacionadas por la siguiente ecuación:
Figure imgf000024_0001
Siendo m el número medio de bloques FEC en un paquete de datos. Por ejemplo para paquetes de datos de 1518 bytes, si se utilizan códigos Reed-Solomon (252, 232), el número medio de bloques por paquetes será de 6,5431 aproximadamente = 7.
A partir de las anteriores relaciones el valor seleccionado de PLR da lugar a un valor máximo de RBER a la salida del demodulador.
Por ejemplo, si se especifica PLR= 10~4
FER = l - l - rLR = l -1 l ^ 0~A =1.4286-10 >-"5
Y para mantener este valor de FER, es necesario que PB=8,556xlO"3; lo que equivale a que Pb=l, 07347xl0~3. Es posible relacionar la probabilidad de un símbolo erróneo con la S/N de la portadora en la modulación. Así, en un ejemplo de implementación, si se utiliza una constelación rectangular con m-QAM con m=2k siendo k par, se puede dividir la constelación QAM en dos modulacio- nes PAM en cuadratura, y la probabilidad de tomar la decisión correcta de un punto de la constelación viene determinado por:
Figure imgf000024_0002
Siendo Q (x) la función matemática utilizada para calcular el área bajo la cola de una función de densidad de probabilidad gaussiana, cuya definición es la siguiente:
Figure imgf000025_0001
Y que se relaciona con la función complementaria de error, ERFC, (utilizada habitualmente en estadística) como:
Figure imgf000025_0002
Donde, además, Pc es la probabilidad de tomar en recepción una decisión correcta en un sistema QAM con M puntos de constelación, y p u es la probabilidad de error en un sistema PAM con Γ J puntos que tenga la mitad de potencia media en cada señal en cuadratura que el sistema QAM equivalente.
Evidentemente con otros tipos de constelaciones se pueden hallar fórmulas similares o bien relaciones gráficas entre la probabilidad de tomar una decisión correcta en recepción y el valor de S/N.
Utilizando las fórmulas anteriormente descritas pueden obtenerse una serie de umbrales de S/N suficientes para conseguir un valor de pb. Los umbrales dependen de los códigos de corrección/detección utilizados. A partir de estos umbrales se puede utilizar un número determinado de bits por portadora (bpc) y por tanto modificar la modulación tras realizar la estimación de la S/N en la portadora en cuestión.
En una posible implementación del sistema, con modulación QAM variable de 2, 4, 6 y 8 bits por portadora, y un FEC que utilice códigos Reed-Solomon (252, 232) y (40,20), se obtienen los siguientes umbrales de S/N siguiendo el razonamiento anterior, a partir de los que se pueden utilizar las distintas modulaciones:
Figure imgf000026_0002
Figure imgf000026_0003
Este mismo razonamiento puede ser utilizado para proporcionar distintas calidades de servicio, que se traducen en distintos valores de PLR. Para cada una de las calidades de servicio, y por cada tipo de código de corrección/detección elegido, se encuentra un valor distinto de RBER y a partir de estos valores se obtiene el umbral de S/N a partir del cual se puede utilizar la nueva modulación.
Por ejemplo, si en una implementación se definen tres calidades de servicio diferentes por su tasa de paquetes perdidos :
Figure imgf000026_0004
Entonces los valores de RBER a partir de los que se obtienen los umbrales de BER son los siguientes:
Figure imgf000026_0001
El tamaño de la información a enviar también puede ser utilizado para optimizar la comunicación, tal y como se ha señalado anteriormente. El número de bits del paquete de información, junto con la redundancia, se debe aproximar, sin exceder, a un múltiplo entero del número de bits que se transmiten en un símbolo OFDM. Comparando el tamaño de la información y el del múltiplo más próximo (del número de bits transmisibles por un símbolo OFDM) se puede concluir si se puede enviar más información de redundancia y cuánta. Esta información de redundancia aumentará la probabilidad de obtener la información correcta en recepción, lo que incrementa indirectamente la capacidad de transmitir la información.
El número de bits por portadora y las otras informaciones sobre la forma en la que la información va a ser enviada puede ser negociada paquete a paquete, tal y como fue señalado anteriormente.
Es pues posible utilizar tablas con configuraciones fijas conocidas por los equipos de cabecera y de usuario, y dependiendo de los resultados del algoritmo de adaptación se negocia la utilización de uno u otro modo por protocolo. Así, en una realización preferida se utilizan los encabezamientos de los mensajes para indicar la utilización de una determinada posición de la tabla de configuraciones.
Por tanto, para adaptar la capacidad de transmisión se pueden utilizar múltiples combinaciones de bits por portadora y redundancia introducida por códigos FEC, siempre con el objetivo de mantener un determinado BER.
Por consiguiente, mediante la invención, el valor S/N estimado se utiliza para calcular una combinación de número de bits por portadora, códigos y redundancia introducida por el FEC para mantener un determinado RBER, optimizando la capacidad de transmisión, tal y como ha sido descrito anteriormente. Los umbrales de decisión presentados anteriormente indican la modulación que debe ser seleccionada mientras se utilice un determinado FEC, aunque también es posible utilizar códigos FEC que proporcionen mayor protección frente a errores y aplicar modulaciones con mayor número de bits que las recomendadas por los umbrales, obteniendo, si la redundancia introducida ha sido suficiente, valores de RBER similares.
Cualquier cambio calculado en el equipo de usuario debe ser comunicado al equipo de cabecera utilizando para ello parte del canal ascendente, de manera que mientras el equipo de cabecera no informe al equipo de usuario que ha cambiado la constelación utilizada en la modulación de las portadoras indicadas, el equipo de usuario no actualiza la forma de demodulación de la señal recibida en esas portadoras. En el canal ascendente se realiza un proceso similar, aunque en este caso es el equipo de cabecera el que determina el cambio de modulación y espera confirmación por parte del usuario implicado. Para evitar efectos de oscilación cuando la
S/N se aproxima al umbral, de manera que no se pierda capacidad de transmisión de comunicación ya que cualquier cambio calculado en el equipo de usuario debe ser comunicado al equipo de cabecera utilizando para ello parte del canal ascendente que podría ser utilizado en esos momentos para la transmisión de información y viceversa, se introducen unos márgenes de histéresis tanto para aumentar como para disminuir el número de bits por portadora.
En un ejemplo de implementación, para el caso de RBER=l,07xlO~3, un FEC fijo RS(252,232), y modulación QAM con 2, 4, 6 y 8 bits por portadora, se emplea una tabla de umbrales según se muestra a continuación:
Figure imgf000029_0001
Por ejemplo, si actualmente en una portadora se está utilizando modulación 16-QAM, para aumentar el número de bits a una modulación 64-QAM, es necesario que la S/N estimada sea mayor que 24,5 dB, mientras que para bajar el número de bits a una modulación 4-QAM es necesario que la S/N estimada sea menor que 15,5 dB.
El cambio en la modulación únicamente se efectúa cuando son varias las portadoras que deben cambiar de modulación. Asi, las portadoras se pueden agrupar en bloques, y solamente cuando un número determinado de portadoras de un bloque deban cambiar de modulación, se informa de esta necesidad al otro extremo de la comunicación. Las decisiones tomadas sobre el cambio en modulación de las portadoras se envían por el canal opuesto al que se realizó la estimación.
Para ello, se utiliza un canal de control, preferentemente mediante el envío de mensajes de control, para informar de este cambio al otro extremo.
Para actualizar con mayor velocidad las medidas de S/N cabe la posibilidad de asumir que la S/N en dos portadoras adyacentes (k y k+1) es igual. Este proceso puede repetirse con múltiples portadoras, pero la resolución en frecuencia será peor cuantas más portadoras se asuma que tienen idéntica S/N.
Tal y como fue descrito con anterioridad, a partir de la monitorización de la calidad de linea se decide la forma óptima de comunicación, la cual se elige con objeto de maximizar la capacidad de transmisión manteniendo un determinado BER a la salida del FEC. Esto, tal y como ya ha sido descrito con anterioridad, se puede realizar de múltiples formas: alterando el número de bits por portadora (esto es, la constelación utilizada en cada portadora), la redundancia introducida para realizar la corrección/detección de errores en recepción e incluso el código FEC utilizado para generar esta redundancia sobre la señal. Por ejemplo se podría enviar las portadoras con constelaciones poco densas (con un bajo número de bits por portadora) y con códigos FEC que introduzcan poca redundancia, o bien constelaciones más densas pero utilizando códigos FEC con mayor redundancia, para evitar los posibles errores en recepción.
El mayor problema que presenta la transmisión por red eléctrica, consiste en que el ruido de la línea no tiene características estacionarias, es decir no sólo presenta el ruido blanco gaussiano, sino que también está afectada por otros ruidos, como ruidos impulsivos o ruidos múltiplos de la frecuencia fundamental de la distribución eléctrica: 50 Hz ó 60 Hz en redes tales como la norte- americana.
Modificando dinámicamente la redundancia introducida por el FEC se puede mantener una tasa de errores sin necesidad de alterar la modulación (número de bits asignado a cada una de las portadoras), corrigiendo más errores cuando haya más ruido afectando a la transmisión.
Por otro lado, se pueden utilizar constelaciones más densas (con lo que se trasmitiría a una mayor velocidad) adaptando el FEC para que introduzcan más redundancia, de forma que en recepción se mantenga un determinado BER mientras se consigue mejorar la capacidad de transmisión.
La adaptación del FEC puede realizarse paquete a paquete, tal y como ya fue indicado con anterioridad, de forma que se indica al otro extremo la configuración actual del FEC (código y redundancia) mediante los encabezamientos utilizados en los paquetes. La adaptación del FEC no sólo consiste en alterar la redundancia generada por el FEC sobre la señal, sino que también consiste en la posibilidad de alterar el código FEC utilizado para adecuarse al ruido de la línea. Por ejemplo, los códigos Reed-Solomon resultan adecuados en los casos de ruidos impulsivos mientras que los convolucionales son más adecuados cuando el ruido de fondo de la linea es el principal responsable del deterioro de la comunicación.
Tal y como ya fue señalado con anterioridad cuando el equipo de cabecera quiere enviar una misma información a un grupo de usuarios, o bien a todos los usuarios del sistema, puede utilizar la transmisión en modo HURTO, tal y como ya fue descrito con anterioridad, pero además puede utilizar constelaciones moduladas con el máximo número de bits por portadora que puede utilizarse siempre que todos los usuarios sean capaces de demodularla adecuadamente, manteniendo un determinado BER. Además, cabe ' la posibilidad de que el equipo de cabecera aplique constelaciones densas, pero añadiendo la suficiente redundancia de corrección/detección de errores para que todos los usuarios del grupo sean capaces de recuperar la información enviada adecuadamente. El equipo de cabecera conoce el número de bits por portadora que tiene que utilizar para trasmitir información por el enlace descendente a cada uno de los usuarios en base a la descripción realizada. El usuario del grupo con menor número de bits en una portadora es el que limita la densidad de la constelación en esa portadora a menos que se aumente la redundancia incluida en la señal. En este caso la información del número de bits por portadora utilizado en cada portadora se indica mediante los encabezamientos del mensaje que se envía al grupo de usuarios. En la figura 1 se observa un ejemplo de esta forma de enviar la información a múltiples equipos de usuario 2, en la que se observa que el equipo de cabecera 1 elige el menor número de bits por portadora (bpc) en cada una de las portadoras para tener garantías de que todos los usuarios del grupo son capaces de obtener la información.
El equipo de cabecera reasigna los grupos de equipos de usuario de forma dinámica, esto es, los componentes de cada grupo no son fijos, y la pertenencia al grupo o grupos que tienen que demodular los mensajes se indica en los encabezamientos de dichos mensajes.

Claims

REIVINDICACIONES 1.- PROCEDIMIENTO DE OPTIMIZACIÓN DE LA COMUNICACIÓN PARA SISTEMA DE TRANSMISIÓN DIGITAL OFDM MULTIUSUARIO SOBRE RED ELÉCTRICA, existiendo una pluralidad de equipos de usuario (2) y un equipo de cabecera (1) comunicados bidireccionalmente a través de la red eléctrica, efectuándose la optimización en la transmisión tanto para la comunicación por el canal ascendente, determinado por el enlace desde los equipos de usuario hasta el equipo de cabecera, como para el canal descendente, determinado por el enlace desde el equipo de cabecera hasta los equipos de usuario; efectuándose además la compartición de la red eléctrica para los canales ascendente y descendente mediante duplexación por división en frecuencia (FDD) y/o mediante duplexación por división en tiempo (TDD); y trasmitiéndose una señal con modulación OFDM (multiplexa- ción por división ortogonal en frecuencia) con múltiples portadoras, con diferentes modulaciones y con códigos de corrección/detección de errores por anticipado (FEC), que se envían por todo el canal utilizando anchos de banda muy estrechos; caracterizado porque comprende:
- monitorizar continuamente la calidad de la comunicación mediante la estima de la relación señal a ruido (S/N) en las distintas portadoras del canal ascenden- te y descendente por parte de los receptores del equipo de cabecera y de los equipos de usuario respectivamente;
- monitorizar por parte de los equipos de usuario el estado de la red en cualquier momento con independencia de que sea ese equipo de usuario el destino o no de la transmisión;
- elegir el modo óptimo de transmisión a partir de la monitorización realizada, mediante la modificación, paquete a paquete, del número de bits por portadora, de la redundancia introducida por el FEC, del propio código FEC y/o del modo de transmisión; todo ello para poder realizar la compartición de la red tanto en tiempo como en frecuencia de forma optimizada en todo momento y maximizar la capacidad de transmisión de los múltiples equipos de usuario por la red.
2.- PROCEDIMIENTO DE OPTIMIZACIÓN DE LA
COMUNICACIÓN PARA SISTEMA DE TRANSMISIÓN DIGITAL OFDM MULTIUSUARIO SOBRE RED ELÉCTRICA, según reivindicación 1, caracterizado porque la estimación de la relación señal a ruido (S/N) se realiza a partir de la señal de error del demodulador del receptor, estando ésta determinada por la diferencia entre la señal que entra al demodulador del receptor y la señal deseada (señal que se estima como transmitida, si el punto de la constelación de cada portadora estuviera situado en la posición óptima de acuerdo a los posibles puntos de la constelación empleada en esa portadora); siendo la estimación de S/N, a partir de la demodulación, adecuada siempre que la tasa de bits erróneos (BER) sea suficientemente baja como para no afectar al proceso de estimación del nivel de ruido.
3.- PROCEDIMIENTO DE OPTIMIZACIÓN DE LA
COMUNICACIÓN PARA SISTEMA DE TRANSMISIÓN DIGITAL OFDM MULTIUSUARIO SOBRE RED ELÉCTRICA, según reivindicación 2 , caracterizado porque la monitorización de la calidad de la comunicación en el enlace descendente y ascendente compren- de la estimación de la potencia de ruido (N) mediante el demodulador del equipo de usuario y de cabecera únicamente en la señal recibida en las portadoras en las que se conoce la modulación utilizada, y se obtiene el valor de potencia de ruido a partir de una estimación del valor cuadrático medio del ruido, a partir de la señal de error del demodulador, realizando una ponderación del ruido al cuadrado durante cierto número de símbolos para evitar que los ruidos impulsivos o de corta duración de la red eléctrica produzcan errores en la estimación de la potencia de ruido en recepción.
4.- PROCEDIMIENTO DE OPTIMIZACIÓN DE LA COMUNICACIÓN PARA SISTEMA DE TRANSMISIÓN DIGITAL OFDM MULTIUSUARIO SOBRE RED ELÉCTRICA, según reivindicación 2 , caracterizado porque en la monitorización de la calidad de la comunicación en el enlace ascendente y descendente, los equipos de usuario y de cabecera estiman la potencia de la señal (S) de forma selectiva tomando como potencia de la señal un nivel normalizado en recepción, que compensa los efectos del canal, siendo este nivel previamente estableci- do y conocido por diseño, o realizando una medida de la potencia de la señal recibida, preferentemente tras efectuar el proceso de ecualización para compensar el efecto del canal sobre la transmisión de la señal.
5.- PROCEDIMIENTO DE OPTIMIZACIÓN DE LA COMUNICACIÓN PARA SISTEMA DE TRANSMISIÓN DIGITAL OFDM MULTIUSUARIO SOBRE RED ELÉCTRICA, según reivindicación 4, caracterizado porque se acumula la señal de error del demodulador tras demodular la señal recibida en las portadoras en las que se conoce la modulación empleada, preferentemente realizando un filtrado de la estimación para evitar las oscilaciones en dicha estimación de la potencia de ruido en las distintas portadoras.
6.- PROCEDIMIENTO DE OPTIMIZACIÓN DE LA COMUNICACIÓN PARA SISTEMA DE TRANSMISIÓN DIGITAL OFDM MULTIUSUARIO SOBRE RED ELÉCTRICA, según reivindicación 5, caracterizado porque el cálculo de la S/N se realiza tras acumular las muestras de error de la demodulación, selectivamente durante ventanas (períodos de tiempo) de M símbolos de duración o bien durante ventanas en las que se han realizado al menos P medidas en todas las portadoras, siendo M y P valores previamente establecidos y conocidos por todos los equipos .
7.- PROCEDIMIENTO DE OPTIMIZACIÓN DE LA COMUNICACIÓN PARA SISTEMA DE TRANSMISIÓN DIGITAL OFDM MULTIUSUARIO SOBRE RED ELÉCTRICA, según reivindicación 5, caracterizado porque en la transmisión por el enlace descendente se envían ciertas portadoras con una modulación fija previamente establecida y conocida por todos los equipos; preferentemente con bajas necesidades de S/N y cuya posición varía en el tiempo (rejilla), para que el equipo de usuario monitorice la calidad de la comunicación incluso cuando la información enviada por el equipo de cabecera es dirigida hacia otro equipo de usuario, al conocer la modulación empleada para transmitir las portado- ras de la rejilla; comprendiendo además la acumulación de muestras de ruido aunque el equipo de usuario no sea el destino de la transmisión.
8.- PROCEDIMIENTO DE OPTIMIZACIÓN DE LA COMUNICACIÓN PARA SISTEMA DE TRANSMISIÓN DIGITAL OFDM MULTIUSUARIO SOBRE RED ELÉCTRICA, según reivindicaciones 2 a 6, caracterizado porque en la monitorización del enlace ascendente el equipo de cabecera únicamente realiza estimaciones de S/N de un cierto equipo de usuario mientras que éste está transmitiendo datos por el enlace ascendente, para lo que cuando el equipo de cabecera quiere actualizar su estimación de S/N de un equipo de usuario realiza selectivamente una de las acciones siguientes:
- ordena al equipo de usuario que envíe información específica para que el equipo de cabecera pueda medir la S/N; con lo que la monitorización no es ciega al conocer el receptor la información enviada por el transmisor;
- ordena al equipo de usuario que transmita la información que él desee; con lo que la monitorización es ciega, al no conocer el receptor la información enviada, aunque sí la modulación empleada para su transmisión.
9.- PROCEDIMIENTO DE OPTIMIZACIÓN DE LA COMUNICACIÓN PARA SISTEMA DE TRANSMISIÓN DIGITAL OFDM MULTIUSUARIO SOBRE RED ELÉCTRICA, según reivindicación 8, caracterizado porque la monitorización en la comunicación del enlace ascendente se realiza mediante la estimación de la relación S/N en las distintas portadoras recibidas en el equipo de cabecera.
10.- PROCEDIMIENTO DE OPTIMIZACIÓN DE LA COMUNICACIÓN PARA SISTEMA DE TRANSMISIÓN DIGITAL OFDM MULTIUSUARIO SOBRE RED ELÉCTRICA, según reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la elección del modo óptimo de transmisión se selecciona a partir de la monitorización de la calidad de la comunicación, siguiendo las siguientes pautas:
- Si la S/N es suficientemente elevada se utilizan modulaciones más densas (con mayor número de bits por portadora), seleccionando el número de puntos en la constelación de la modulación mediante la comparación de la S/N estimada con una serie de umbrales de S/N previamente definidos, junto con códigos FEC variables, para aumentar al máximo la transmisión de información; todo ello manteniendo una determinada tasa de error por bit (BER);
- si la S/N es demasiado baja, o se desea transmitir información a uno o más equipos de usuario de forma más segura, se envía la misma información varias veces en distintas frecuencias y/o tiempo (transmisión con diversidad en modo HURTO (transmisión OFDM muy segura de altas prestaciones)).
11.- PROCEDIMIENTO DE OPTIMIZACIÓN DE LA
COMUNICACIÓN PARA SISTEMA DE TRANSMISIÓN DIGITAL OFDM MULTIUSUARIO SOBRE RED ELÉCTRICA, según reivindicación 10, caracterizado porque a partir de la S/N en las distintas portadoras, de la tasa de paquetes erróneos (PLR), de la calidad de servicio (QoS) exigida y del tamaño de la información a enviar respecto a la capacidad de los símbolos OFDM, se adapta paquete a paquete el código FEC y la redundancia a introducir por éste, el número de bits por portadora (constelación utilizada en cada portadora) y el modo de transmisión (modo normal o modo HURTO); de forma que el número de bits del paquete de información junto con la redundancia se aproxime, sin exceder, a un múltiplo entero del número de bits que se trasmiten en un símbolo OFDM.
12.- PROCEDIMIENTO DE OPTIMIZACIÓN DE LA
COMUNICACIÓN PARA SISTEMA DE TRANSMISIÓN DIGITAL OFDM MULTIUSUARIO SOBRE RED ELÉCTRICA, según reivindicación 11, caracterizado porque en la adaptación de la capacidad de transmisión se: - introducen márgenes de histéresis tanto para aumentar como para disminuir el número de bits por portadora utilizados a partir de la comparación de la S/N con los umbrales de S/N previamente fijados para mantener un determinado BER, todo ello para evitar efectos de oscila- ción cuando S/N se aproxima al umbral;
- cambia la modulación únicamente cuando el número de portadoras que deben cambiar de modulación es mayor que un determinado valor previamente establecido;
- envía por el canal opuesto al que se realizó la estimación, y preferentemente utilizando un canal de control o mensajes de control, las decisiones tomadas sobre el cambio en modulación de las portadoras;
- espera la confirmación de que ha sido recibida la indicación del cambio de modulación de las portadoras, antes de utilizar esa nueva modulación.
13.- PROCEDIMIENTO DE OPTIMIZACIÓN DE LA COMUNICACIÓN PARA SISTEMA DE TRANSMISIÓN DIGITAL OFDM MULTIUSUARIO SOBRE RED ELÉCTRICA, según reivindicación 10, caracterizado porque se selecciona la transmisión en modo HURTO cuando la S/N estimada está por debajo de un valor, previamente establecido, indicativo de que no puede utilizarse ni siquiera una modulación con baja necesidad de S/N junto con códigos FEC que introduzcan una gran redundancia con garantías de obtener un determinado BER a la salida del FEC, o bien cuando se desee enviar información a uno o más equipos de usuario con gran probabilidad de que se reciba la información correcta, siendo preferente este modo de transmisión en el caso de mensajes de control.
14.- PROCEDIMIENTO DE OPTIMIZACIÓN DE LA COMUNICACIÓN PARA SISTEMA DE TRANSMISIÓN DIGITAL OFDM MULTIUSUARIO SOBRE RED ELÉCTRICA, según reivindicación 13, caracterizado porque la transmisión de información en el modo HURTO comprende el envío de todas las portadoras utilizadas con una modulación con bajos requisitos de S/N para su demodulación, preferentemente modulación QPSK, así como la utilización de códigos de corrección de errores por anticipado FEC que introduzcan suficiente redundancia para corregir y/o detectar en recepción un gran número de errores producidos por la transmisión a través de la red de distribución de electricidad.
15.- PROCEDIMIENTO DE OPTIMIZACIÓN DE LA COMUNICACIÓN PARA SISTEMA DE TRANSMISIÓN DIGITAL OFDM MULTIUSUARIO SOBRE RED ELÉCTRICA, según reivindicación 14, caracterizado porque en el modo HURTO el número de veces que se repite la información (grado de diversidad empleada) se modifica a partir de las características estimadas sobre la red eléctrica, modificación que se realiza paquete a paquete; recibiendo el equipo la misma información tantas veces como diversidad fue seleccionada en el modo HURTO; realizándose un proceso de combinación de las distintas señales recibidas para estimar la información realmente enviada .
16.- PROCEDIMIENTO DE OPTIMIZACIÓN DE LA COMUNICACIÓN PARA SISTEMA DE TRANSMISIÓN DIGITAL OFDM MULTIUSUARIO SOBRE RED ELÉCTRICA, según reivindicación 15, caracterizado porque el proceso de combinación de las distintas señales recibidas para estimar la información realmente enviada en el modo HURTO comprende realizar selectivamente la suma coherente de las señales que se reciben en diversidad multiplicándolas por un coeficiente basado en la S/N de las portadoras en las que se recibió la información antes de la demodulación (combinador de razón máxima), o demodular la información que viene en diversidad de forma independiente y realizar una votación ponderada según la señal de error de la demodulación.
17.- PROCEDIMIENTO DE OPTIMIZACIÓN DE LA COMUNICACIÓN PARA SISTEMA DE TRANSMISIÓN DIGITAL OFDM MULTIUSUARIO SOBRE RED ELÉCTRICA, según reivindicación 16, caracterizado porque únicamente en el caso en que se utiliza diversidad en frecuencia, antes de realizar el proceso de combinación o votación, selectivamente se seleccionan grupos de portadoras dependiendo de la distribución de la S/N estimada o se utilizan todas ellas, para optimizar el método de estimación de la información recibida en diversidad.
18.- PROCEDIMIENTO DE OPTIMIZACIÓN DE LA COMUNICACIÓN PARA SISTEMA DE TRANSMISIÓN DIGITAL OFDM MULTIUSUARIO SOBRE RED ELÉCTRICA, según reivindicación 10, caracterizado porque se modifica dinámicamente la redun- dancia introducida por el FEC para mantener una tasa de errores sin alterar la modulación (número de bits asignado a cada una de las portadoras), y se utilizan códigos FEC con mayor capacidad de corrección de errores cuando haya más ruido afectando a la transmisión, preferentemente en el caso de existir múltiples ruidos impulsivos.
19.- PROCEDIMIENTO DE OPTIMIZACIÓN DE LA COMUNICACIÓN PARA SISTEMA DE TRANSMISIÓN DIGITAL OFDM MULTIUSUARIO SOBRE RED ELÉCTRICA, según reivindicación 18, caracterizado porque en la transmisión se utilizan conste- laciones más densas que las aceptables para mantener un determinado BER con una determinada S/N, para lo que se adapta el FEC para introducir una mayor redundancia, para alcanzar dicho BER y aumentar la capacidad de transmisión.
20.- PROCEDIMIENTO DE OPTIMIZACIÓN DE LA COMUNICACIÓN PARA SISTEMA DE TRANSMISIÓN DIGITAL OFDM MULTIUSUARIO SOBRE RED ELÉCTRICA, según reivindicación 19, caracterizado porque la adaptación del FEC se realiza paquete a paquete para ofrecer diferentes calidades de servicio (QoS); indicándose al otro extremo la configura- ción actual del FEC mediante los encabezamientos utilizados en los paquetes, consistiendo selectivamente dicha adaptación del FEC en alterar la redundancia generada por el FEC sobre la señal, en alterar el código FEC utilizado para adecuarse al ruido de la línea, o en alterar ambos aspec- tos.
21.- PROCEDIMIENTO DE OPTIMIZACIÓN DE LA COMUNICACIÓN PARA SISTEMA DE TRANSMISIÓN DIGITAL OFDM MULTIUSUARIO SOBRE RED ELÉCTRICA, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque se seleccionan distintas combinaciones de bits por portadora, redundancia, códigos FEC, modo de transmisión, y diversidad, almacenándose en los equipos de usuario y de cabecera una serie de tablas referentes a las diferentes combinaciones seleccionadas; siendo éstas seleccionadas para ofrecer distintas calidades de servicio (QoS); comunicándose el cambio de una combinación a otra paquete a paquete, e indicándose la combinación de parámetros elegida mediante una referencia, preferentemente a una posición de la tabla, que es enviada en el encabezamiento de los mensajes.
22.- PROCEDIMIENTO DE OPTIMIZACIÓN DE LA
COMUNICACIÓN PARA SISTEMA DE TRANSMISIÓN DIGITAL OFDM MULTIUSUARIO SOBRE RED ELÉCTRICA, según reivindicación 10, caracterizado porque cuando el equipo de cabecera quiere enviar una misma información a un grupo de equipos de usuario o a todos los usuarios del sistema, utiliza selectivamente :
- la transmisión en modo HURTO;
- constelaciones moduladas con el máximo número de bits por portadora que puede ser utilizado, mientras que todos los equipos del grupo de usuarios sean capaces de demodular este número máximo de bits por portadora manteniendo un determinado BER;
- constelaciones densas, pero añadiendo la suficiente redundancia en los códigos FEC para que todos los usuarios del grupo sean capaces de recuperar la información enviada.
23.- PROCEDIMIENTO DE OPTIMIZACIÓN DE LA COMUNICACIÓN PARA SISTEMA DE TRANSMISIÓN DIGITAL OFDM MULTIUSUARIO SOBRE RED ELÉCTRICA, según reivindicación 22, caracterizado porque el equipo de usuario del grupo con menor número de bits en una portadora limita la densidad de la constelación que se puede utilizar en la transmisión de esa portadora a todos los equipos de usuario del grupo, salvo que sea aumentada la redundancia incluida en la señal, siendo los valores de bits por portadora conocidos por el equipo de cabecera, e indicando el equipo de cabecera la información del número de bits por portadora utilizado en cada portadora mediante los encabezamientos de los mensajes que son enviados al grupo de equipos de usuario, en los que también informa de la pertenencia de los usuarios al grupo (reasignación dinámica de los grupos de usuario) .
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