WO2007113359A1 - Procedimiento de transmisión simultáneo en tiempo y frecuencia de múltiples comunicaciones de datos mediante modulaciones ofdm - Google Patents

Procedimiento de transmisión simultáneo en tiempo y frecuencia de múltiples comunicaciones de datos mediante modulaciones ofdm Download PDF

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Salvador Iranzo Molinero
Luis Manuel Torres Canton
Agustín BADENES CORELLA
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Definitions

  • the present invention refers to a method of simultaneous transmission in time and frequency of multiple data communications by OFDM modulations.
  • the technical field of the invention is that of data telecommunications in any transmission medium, and its main advantage is that it allows a device to be able to correctly receive the signals of its own network while ignoring the signals of lower power that arrive from other networks, without the need for postprocessing at reception. Thanks to this, the method of the invention allows the reuse of the channel in time and frequency for the different communications through modifications in the start symbols, so that the rest of the communications are indistinguishable from the background noise for a given communication. This increases the transmission capacity by not having to use mechanisms to share the channel between different communications.
  • the procedure for distinguishing adequate communication consists in directing communications by incorporating a destination address in the transmitted information.
  • the receiver demodule the signal to later accept or discard it, in case it does not contain the correct address.
  • Another possibility is to coordinate the networks using coexistence procedures to divide the time or frequency range of the communications channel between the different communications.
  • CDMA code division multiplexing
  • the invention consists in a method of simultaneous transmission in time and frequency of multiple data communications by OFDM modulations, where multiple data communications are being carried out at the same time on the same channel. and in which a start signal is used in the transmission of the frame, characterized in that it comprises modifying the transmission start signal of each communication by altering at least one constituent parameter of said signal so that the rest of concurrent communications in time and frequency with respect to a given communication be considered noise by it.
  • Each communication is characterized by the use of a common set of start signals with certain characteristics different from other communications.
  • a combination of the aforementioned alterations could also be altered.
  • said offset will be equal to a fraction of the separation between carriers of the OFDM modulation.
  • Figure 1. Represents two slave master networks in which communications within each network interfere with communications in the other network.
  • Figure 2. Shows the alteration of the start signal consisting of the frequency shift of the communication carriers using the method of the invention.
  • Figure 3. Shows an example of the problem to be avoided: to confuse a start signal received from another network with the start signal of your own network.
  • Figure 4.- represents an example of embodiment in which the alteration of the start signal consists in the modification of the duration of the repetitions of the base signals that form said signal.
  • Figure 5. It shows an example of embodiment in which the alteration of the start signal consists in using a different number of repetitions of the base signals that form the start signal.
  • Figure 1 shows a typical example in which the method of the invention can be used to increase the transmission capacity when there are two communications from different networks using the same channel.
  • two independent master-slave networks are represented; the first network comprising a master device (1) and a slave device (2) and the second network a master device (4) and a slave device (5).
  • the proximity between both networks causes that the communications (3) that are made in the first network and the communications (6) of the second network can be received by the opposite network, although presumably with less power than those sent by the equipment of the Own communication network.
  • the messages sent by the opposite network will be received, demodulated and finally discarded (because they do not belong to equipment of the network itself) with all the cost that this entails.
  • This problem can occur either in communication (7) between teachers, or in communication (8) between slaves and even in cross communications (9) and (10) between masters and slaves of opposing networks.
  • FIG. 3 An example of what happens when a device (14) receives the frame start signal from another device on its own network (15) and from another device on another network (16) using similar technology can be seen in Figure 3 .
  • the start signal (17) received from the other network arrives with less power than the start signal (18) of the network itself, if the signal (17) of the other network is - S - prior to the start signal (18) of the network itself, the device will synchronize to the first one and open a reception window (19), which will lose some of the information (20) sent by the device (15) from your own network.
  • the frame start signal has certain properties that the receiver looks for in the signals received through the channel in order to receive the sent data. These properties can be one or more of the following: signal symmetry, duration of each repetition, spectral position, phase / amplitude relationship between carriers, or the total duration of the signal.
  • a frequency shift is made between the carriers that make up the start signal of the two communications so that the carriers have a separation enough for the receiver that is not tuned to the correct position of the - J - carriers are unable to obtain the information transmitted on the displaced carriers.
  • Figure 2 shows the displacement of carriers between the two systems in this exemplary embodiment.
  • the displacement is% of the distance between carriers, although other fractions of that value could be used, such as 1 A or% with similar results.
  • the frequency situation of the carriers (11) of the first network and the carriers (12) of the second network can be observed.
  • the frequency offset (13) between the carriers (11) and (12) of both networks is shown.
  • FIG. 4 Another example of embodiment can be seen in Figure 4 in which the alteration of the start signal consists of a change in the duration of the repetitions of the base signal that form the start signal.
  • the duration (21) of each repetition in the first network is represented, and the duration (22) in the second network.
  • the modification of the number of repetitions of the base signals that form the start signal can also be used as an alteration of the start signal.
  • Figure 5 where one network operates with a start signal with seven repetitions (23) and the other network operates with a start signal with three repetitions (24). If the receiver does not listen to the number of repetitions selected in its network, it ignores the start signal and waits until it receives a start signal with the appropriate number of repetitions.

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Abstract

Procedimiento de transmisión simultáneo en tiempo y frecuencia de múltiples comunicaciones de datos mediante modulaciones OFDM que permite solucionar los problemas relativos a la interferencia producida entre equipos de comunicación de una misma tecnología pero pertenecientes a comunicaciones distintas que utilizan simultáneamente el mismo canal de comunicaciones en tiempo y frecuencia. Comprende modificar al menos uno de los parámetros de la señal de inicio. La ventaja principal de la invención es conseguir, de forma sencilla, que un equipo se sincronice correctamente con las señales que le llegan de su propia red mientras ignora las señales de menor potencia que son recibidas de otras redes que utilicen la misma o distinta tecnología, sin necesidad de realizar un complejo y costoso procesamiento en recepción.

Description

PROCEDIMIENTO DE TRANSMISIÓN SIMULTÁNEO EN TIEMPO Y FRECUENCIA DE MÚLTIPLES COMUNICACIONES DE DATOS MEDIANTE MODULACIONES OFDM
OBJETO DE LA INVENCIÓN La presente invención, tal y como se expresa en el enunciado de esta memoria descriptiva se refiere a un procedimiento de transmisión simultáneo en tiempo y frecuencia de múltiples comunicaciones de datos mediante modulaciones OFDM. El campo técnico de la invención es el de las telecomunicaciones de datos en cualquier medio de transmisión, y su ventaja principal es que permite que un equipo sea capaz de recibir correctamente las señales de su propia red mientras ignora las señales de menor potencia que le llegan de otras redes, sin necesidad de realizar un postprocesado en recepción. Gracias a ello con el procedimiento de invención se permite la reutilización del canal en tiempo y frecuencia para las diferentes comunicaciones mediante modificaciones en los símbolos de inicio, de manera que el resto de comunicaciones son indistinguibles del ruido de fondo para una comunicación dada. De esta forma se aumenta la capacidad de transmisión al no tener que utilizar mecanismos para compartir el canal entre las distintas comunicaciones.
ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN En la mayoría de sistemas de telecomunicaciones puede ocurrir que múltiples comunicaciones estén siendo transmitidas al mismo tiempo a través del mismo canal. Esto puede ocurrir de forma voluntaria, para intentar transmitir mayor cantidad de información o bien porque existen redes de datos distintas cuyas comunicaciones se cruzan en el mismo momento.
En el estado del arte el procedimiento para distinguir la comunicación adecuada consiste en dirigir las comunicaciones mediante la incorporación de una dirección de destino en la información transmitida. Para utilizar este método es necesario que el receptor demodule la señal para posteriormente aceptarla o descartarla, en caso de que no contenga la dirección correcta. Otra posibilidad es coordinar las redes utilizando procedimientos de coexistencia para repartirse el tiempo o rango de frecuencias del canal de comunicaciones entre las distintas comunicaciones.
Una posible solución se describe en la patente WO 98/09381 de título "High Capacity Wireless Communication Using Spatial Subchannels" en la que se separa el canal de comunicaciones en una serie de subcanales independientes para cada una de las comunicaciones. En dicho procedimiento se utiliza una array de antenas para realizar la separación espacial de los subcanales. La presente invención presenta un procedimiento totalmente distinto en el que no se necesita realizar un procesamiento adicional para conseguir la coexistencia de las comunicaciones en un mismo canal .
Otra forma para realizar el acceso múltiple al canal es la utilización de muítiplexación por división de código (CDMA) . En este método se requiere ensanchar el ancho de banda de transmisión, por lo que se emplea un ancho de banda mucho mayor que el necesario para realizar la comunicación. El procedimiento de la invención mejora la eficiencia ya que no ensancha el ancho de banda de la señal .
En cualquiera de estos métodos del estado del arte es necesario realizar un procesado en recepción para recuperar la información correcta de los equipos que pertenezcan a la misma red. Con el procedimiento de la invención se evita realizar la sincronización con las señales de menor potencia que lleguen de otras redes, con lo que no es necesario realizar ningún procesado en recepción, al conseguir que las señales de otras redes se confundan con el ruido de fondo del canal.
Cabe señalar que en la patente española referente a "Procedimiento de acceso al medio de transmisión de múltiples nodos de comunicaciones sobre red eléctrica" con número de solicitud 200301422, perteneciente al mismo titular que la presente invención, se describe un procedimiento en el que se emplea una señal de inicio de transmisión. Sobre esta señal puede utilizarse el procedimiento de la invención para solucionar los problemas de interferencia producidos entre nodos de comunicación que usan la misma tecnología pero pertenecen a redes distintas usando el mismo canal de comunicaciones.
DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN
Para lograr los objetivos y evitar los inconvenientes indicados en anteriores apartados, la invención consiste en un procedimiento de transmisión simultáneo en tiempo y frecuencia de múltiples comunicaciones de datos mediante modulaciones OFDM, donde se están realizando al mismo tiempo múltiples comunicaciones de datos sobre un mismo canal y en el que se utiliza una señal de inicio en la transmisión de la trama, caracterizado porque comprende modificar la señal de inicio de transmisión de cada comunicación mediante la alteración de al menos un parámetro constituyente de dicha señal de manera que el resto de comunicaciones concurrentes en tiempo y frecuencia respecto a una comunicación dada sea considerado ruido por ésta.
Cada comunicación se caracteriza por la utilización de un conjunto común de señales de inicio con determinadas características distintas del resto de comunicaciones . Existen múltiples formas de realizar la modificación de las características de la señal de inicio que se pueden usar para formar el conjunto de comunicaciones distintas, siendo la elegida por la invención la alteración de los parámetros constituyentes de dicha señal. Entre estas alteraciones destaca el desplazamiento en frecuencia de dicha señal, el desplazamiento en tiempo, la alteración de las características de simetría de la señal, de la duración de cada repetición de las señales base que forman la señal de inicio, de las relaciones de fases y amplitudes entre las portadoras de la señal de inicio, o bien la alteración del número de repeticiones de las señales base que forman la señal de inicio. También podría alterarse una combinación de las alteraciones señaladas.
En el caso concreto de utilizar un desplazamiento en frecuencia para modificar la señal de inicio, dicho desplazamiento será igual a una fracción de la separación entre portadoras de la modulación OFDM.
A continuación, para facilitar una mejor comprensión de esta memoria descriptiva y formando parte integrante de la misma, se acompañan unas figuras en las que con carácter ilustrativo y no limitativo se ha representado el objeto de la invención.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS
Figura 1.- Representa dos redes maestro esclavo en las que las comunicaciones dentro de cada red interfieren en las comunicaciones en la otra red.
Figura 2. - Muestra la alteración de la señal de inicio consistente en el desplazamiento en frecuencia de las portadoras de comunicación utilizando el procedimiento de invención.
Figura 3.- Muestra un ejemplo del problema que se intenta evitar: confundir una señal de inicio recibida desde otra red con la señal de inicio de su propia red.
Figura 4.- Representa un ejemplo de realización en el que la alteración de la señal de inicio consiste en la modificación de la duración de las repeticiones de las señales base que forman dicha señal .
Figura 5.- Muestra un ejemplo de realización en el que la alteración de la señal de inicio consiste en utilizar un número diferente de repeticiones de las señales base que forman la señal de inicio.
DESCRIPCIÓN DE VARIOS EJEMPLOS DE REALIZACIÓN DE LA INVENCIÓN
Seguidamente se realiza la descripción de varios ejemplos de realización de la invención, haciendo referencia a la numeración adoptada en las figuras.
La figura 1 muestra un ejemplo típico en el que el procedimiento de invención puede utilizarse para aumentar la capacidad de transmisión cuando existen dos comunicaciones de diferentes redes que utilizan el mismo canal. En este ejemplo se representan dos redes maestro- esclavo independientes; comprendiendo la primera red un equipo maestro (1) y un equipo esclavo (2) y la segunda red un equipo maestro (4) y un equipo esclavo (5) . La proximidad entre ambas redes provoca que las comunicaciones (3) que se realizan en la primera red y las comunicaciones (6) de la segunda red puedan ser recibidas por la red opuesta, aunque presumiblemente con menor potencia que las enviadas por los equipos de la propia red de comunicación. Al utilizar la misma tecnología de comunicación, los mensajes enviados por la red contraria serán recibidos, demodulados y finalmente descartados (por no pertenecer a equipos de la propia red) con todo el coste que ello conlleva. Este problema puede darse bien en la comunicación (7) entre los maestros, bien en la comunicación (8) entre los esclavos e incluso en las comunicaciones cruzadas (9) y (10) entre los maestros y esclavos de las redes contrarias .
En la figura 3 puede verse un ejemplo de lo que ocurre cuando un equipo (14) recibe la señal de inicio de trama de otro equipo de su propia red (15) y de otro equipo de otra red (16) que utiliza una tecnología similar. Aunque la señal de inicio (17) recibida de la otra red llegue con menos potencia que la señal de inicio (18) de la propia red, si la señal (17) de la otra red es - S - anterior a la señal de inicio (18) de la propia red, el equipo se sincronizará a la primera y abrirá una ventana de recepción (19) , con lo que perderá parte de la información (20) que le envíe el equipo (15) de su propia red.
En general, la señal de inicio de tramas tiene unas determinadas propiedades que el receptor busca en las señales recibidas a través del canal para poder recibir los datos enviados. Estas propiedades pueden ser una o varias de las siguientes: simetría de la señal, duración de cada repetición, posición espectral, relación de fases/amplitudes entre portadoras, o bien la duración total de la señal . Modificando de forma mínima las propiedades de la señal de inicio de trama es posible evitar la detección por receptores que busquen exactamente esa propiedad, de forma que se conseguirían varios conjuntos de posibles transmisores y receptores sintonizados que serían capaces de seguir con las comunicaciones propias mientras confunden las comunicaciones del resto de conjuntos con el ruido de fondo. Esto constituye la ventaja principal del procedimiento de invención. Dado que las comunicaciones del resto de sistemas pasan a formar parte del ruido de fondo y esto puede suponer un incremento del mismo, las prestaciones de cada sistema individual pueden verse reducidas, pero al poder transmitir varios conjuntos simultáneamente, las prestaciones agregadas de todos ellos pueden ser superiores .
Aunque existen múltiples medios para conseguir este efecto modificando las características de la señal de inicio, en este ejemplo concreto de implementación se realiza un desplazamiento en frecuencia entre las portadoras que conforman la señal de inicio de las dos comunicaciones de forma que las portadoras tengan una separación suficiente como para que el receptor que no está sintonizado con la posición correcta de las - J - portadoras sea incapaz de obtener la información transmitida en las portadoras desplazadas.
En la figura 2 puede observarse el desplazamiento de portadoras entre los dos sistemas en este ejemplo de realización. En este caso el desplazamiento es de % de la distancia entre portadoras, aunque podrían utilizarse otras fracciones de ese valor, como 1A o % con resultados similares. En dicha figura se puede observar la situación en frecuencia de las portadoras (11) de la primera red y de las portadoras (12) de la segunda red. Asimismo en dicha figura se muestra el desplazamiento en frecuencia (13) entre las portadoras (11) y (12) de ambas redes.
Otro ejemplo de realización puede observarse en la figura 4 en la que la alteración de la señal de inicio consiste en un cambio de la duración de las repeticiones de la señal base que forman la señal de inicio. En dicha figura 4 se representa la duración (21) de cada repetición en la primera red, y la duración (22) en la segunda red. Al recibir una señal de inicio, si la duración (22) de cada repetición es diferente a la duración (21) seleccionada en la propia red, el receptor ignorará dicha señal. También puede utilizarse como alteración de la señal de inicio la modificación del número de repeticiones de las señales base que forman la señal de inicio. Este ejemplo de implementación puede observarse en la figura 5, donde una red funciona con una señal de inicio con siete repeticiones (23) y la otra red funciona con una señal de inicio con tres repeticiones (24) . Si el receptor no escucha el número de repeticiones seleccionado en su red, ignora la señal de inicio y espera hasta recibir una señal de inicio con el número de repeticiones adecuado.

Claims

REIVINDICACIONES
1. PROCEDIMIENTO DE TRANSMISIÓN SIMULTÁNEO EN TIEMPO
Y FRECUENCIA DE MÚLTIPLES COMUNICACIONES DE DATOS MEDIANTE MODULACIONES OFDM, en el que se realizan al mismo tiempo múltiples comunicaciones de datos sobre un mismo canal, y en el que se utiliza una señal de inicio en la transmisión de la trama; caracterizado porque comprende modificar las propiedades de la señal de inicio de transmisión de cada comunicación mediante la alteración de al menos un parámetro constituyente de dicha señal de inicio para que el resto de comunicaciones concurrentes en tiempo y frecuencia respecto a una comunicación dada sea considerado ruido por ésta.
2. PROCEDIMIENTO DE TRANSMISIÓN SIMULTÁNEO EN TIEMPO Y FRECUENCIA DE MÚLTIPLES COMUNICACIONES DE DATOS MEDIANTE
MODULACIONES OFDM, según reivindicación 1, caracterizado porque cada comunicación utiliza un conjunto común de señales de inicio con al menos un parámetro distinto del resto de comunicaciones.
3. PROCEDIMIENTO DE TRANSMISIÓN SIMULTÁNEO EN TIEMPO
Y FRECUENCIA DE MÚLTIPLES COMUNICACIONES DE DATOS MEDIANTE MODULACIONES OFDM, según reivindicación 2, caracterizado porque la alteración de la señal de inicio comprende un desplazamiento en frecuencia.
4. PROCEDIMIENTO DE TRANSMISIÓN SIMULTÁNEO EN TIEMPO
Y FRECUENCIA DE MÚLTIPLES COMUNICACIONES DE DATOS MEDIANTE MODULACIONES OFDM, según reivindicación 2, caracterizado porque la alteración de la señal de inicio comprende un desplazamiento en tiempo.
5. PROCEDIMIENTO DE TRANSMISIÓN SIMULTÁNEO EN TIEMPO
Y FRECUENCIA DE MÚLTIPLES COMUNICACIONES DE DATOS MEDIANTE MODULACIONES OFDM, según reivindicación 2, caracterizado porque la alteración de la señal de inicio comprende un cambio en las características de simetría de la señal.
6. PROCEDIMIENTO DE TRANSMISIÓN SIMULTÁNEO EN TIEMPO - S -
Y FRECUENCIA DE MÚLTIPLES COMUNICACIONES DE DATOS MEDIANTE MODULACIONES OPDM, según reivindicación 2, caracterizado porque la alteración de la señal de inicio comprende un cambio de la duración de las señales base que forman la señal de inicio.
7. PROCEDIMIENTO DE TRANSMISIÓN SIMULTÁNEO EN TIEMPO
Y FRECUENCIA DE MÚLTIPLES COMUNICACIONES DE DATOS MEDIANTE MODULACIONES OFDM, según reivindicación 2, caracterizado porque la alteración de la señal de inicio comprende un cambio en las relaciones de fases y amplitudes entre las portadoras de la señal de inicio.
8. PROCEDIMIENTO DE TRANSMISIÓN SIMULTÁNEO EN TIEMPO
Y FRECUENCIA DE MÚLTIPLES COMUNICACIONES DE DATOS MEDIANTE MODULACIONES OFDM, según reivindicación 2, caracterizado porque la alteración de la señal de inicio comprende la utilización de un número diferente de repeticiones de las señales base que forman la señal de inicio..
9. PROCEDIMIENTO DE TRANSMISIÓN SIMULTÁNEO EN TIEMPO Y FRECUENCIA DE MÚLTIPLES COMUNICACIONES DE DATOS MEDIANTE MODULACIONES OFDM, según reivindicación 3, caracterizado porque el desplazamiento en frecuencia es igual a una fracción de la separación entre portadoras de la modulación OFDM.
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