WO2010010216A1 - Procedimiento de transmisión de datos multibanda - Google Patents

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WO2010010216A1
WO2010010216A1 PCT/ES2009/070273 ES2009070273W WO2010010216A1 WO 2010010216 A1 WO2010010216 A1 WO 2010010216A1 ES 2009070273 W ES2009070273 W ES 2009070273W WO 2010010216 A1 WO2010010216 A1 WO 2010010216A1
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bands
data transmission
frequency
different
transmission procedure
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PCT/ES2009/070273
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Jorge Vicente Blasco Claret
Salvador Iranzo Molinero
Agustin Badenes Corella
Jose Luis Gonzalez Moreno
Luis Manuel TORRES CANTÓN
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Diseño De Sistemas En Silicio, S.A.
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    • H04B2203/5462—Systems for power line communications
    • H04B2203/5466—Systems for power line communications using three phases conductors

Definitions

  • the present invention refers to a multiband data transmission procedure that allows to use a greater bandwidth in the system in which it is implemented, taking advantage of different frequency bands dependent on the channel used in communication and synchronizing the different bands.
  • the main advantage of the invention is that when using multiple bands, the bandwidth of the system is increased and therefore the amount of transmissible information, and when these bands are synchronized, the digital implementation is facilitated and the filter specifications are simplified. analog, which achieves an increase in transmission capacity with low cost.
  • the method of the invention can be used on any communication system regardless of the transmission medium, it is especially useful in media that suffer noise or interference at certain frequencies, or in media where the maximum spectral density of injectable power varies with the frequency due to regulations such as the electrical network used as a communications channel, since the procedure can use bands that do not match the frequencies affected by noise or interference and can adapt the characteristics of each band to the power spectral density that the regulations allow to inject.
  • the physical medium or communications channel usually has some variable characteristics in frequency, with which it is not possible to use more than certain fragments or bands of frequency.
  • the power that can be injected from 30 MHz varies with respect to what can be injected at frequencies below 30 MHz due to existing regulations.
  • the electrical network has other characteristics that make it undesirable as a means of transmission: the noise floor decreases with the frequency, the attenuation increases with the frequency, and there is great noise in the modulated frequency radio band (from 88.5 to 108 MHz)
  • a communications system must use certain bands (that is, frequency ranges), which implies the inclusion of different filters to separate each band and a considerable increase in the final cost of the system.
  • the process of the invention remedies this inconvenience, allowing the system that implements it to be a reduced cost system by synchronizing the different frequency bands used, which simplifies and reduces said filters and reduces the final cost of the system.
  • the invention consists of a multiband data transmission method in which two or more transmission bands are used simultaneously, that is, continuous frequency ranges for the signal transmission and reception, in addition the analogue means are separated different bands in reception, and multi-carrier modulation is used.
  • the system is characterized in that the transmission and reception in the different bands is performed synchronously, that is, all bands transmit simultaneously and all bands receive simultaneously; and in that the symbol times used in each of the bands are integer multiples of half the time of the smallest symbol among those used for the different bands. Thanks to this, the digital implementation of the system is facilitated, the specifications of the different analog filters are simplified and hardware reuse is allowed.
  • the procedure can be used in communications systems on any transmission medium, the most suitable means for increasing the transmission capacity are the power grid, the coaxial cable and the twisted pair.
  • the size of the continuous frequency bands or ranges have a bandwidth equal to or greater than 20 MHz.
  • the procedure can use, as means of conversion between time and frequency, discrete direct (DFT) and inverse (IDFT) Fourier transforms with the same number of points in each of the bands used.
  • DFT discrete direct
  • IDFT inverse
  • a simple way to transmit in a frequency band other than the baseband is to initially generate the baseband signal and then transfer it in frequency until it is in the appropriate band.
  • the system using the method of the invention can use an analogue front end (analogue front-end or AFE) in common transmission for all bands or different for each of the bands. Both embodiments are possible and will depend on the application.
  • an analogue front end analogue front-end or AFE
  • the automatic gain control must be independent for each of the bands used so that the gain in one band does not predispose the gain in the rest of the bands.
  • the procedure can also be used together with the division of the channel in periods in which the bands are used synchronously, that is, transmits or receives at the same time in all bands, and periods in which bands are used independently or asynchronously so that the multiband data transmission system can share the channel with other systems that use the bands asynchronously.
  • the procedure can use a different band for each user, a group of carriers for each user or to multiply in time to transmit to each user.
  • the procedure can apply orthogonal frequency division multiple access (OFDMA) techniques by assigning different carrier groups or different bands to the different users.
  • OFDM Orthogonal Frequency Division Multiplexing
  • the multiband transmission procedure may include MIMO processing techniques (multiple input, multiple output). This allows bands to be multiplexed by frequency division, by space division or a combination of the above.
  • Figure 1.- Represents an implementation of the procedure in block diagram form.
  • Figure 2. Shows the relationship between times between several bands used in the procedure.
  • Figure 3. Shows the relationship between the separation between carriers in frequency and the duration of the symbol for two bands.
  • Figure 4. Represents the power injected into the different bands in an implementation on the power grid.
  • Figure 5. Shows the relationship between the injected power spectral density (PSD) and the background noise when using the power line as a means of communication.
  • PSD power spectral density
  • Figure 6. Shows different bands that can be used by the invention when making communications on the electricity network.
  • Figure 7. Represents an embodiment in which the treatment in the digital part of the different bands is done by processing said bands in series.
  • Figure 8.- Shows a way to make systems compatible that use the bands synchronously and asynchronously.
  • Figure 9. Shows three different cases to carry out the transmission of information to two users using two different bands.
  • Figure 10. Represents three ways of making the analogue front in the process of the invention.
  • Figure 11. Shows several examples of usable bands and channels when MIMO processing is added to the process of the invention. DESCRIPTION OF VARIOUS EXAMPLES OF REALIZATION OF
  • the low voltage power grid has been chosen as the communication medium.
  • This medium is hostile to most communications, due to the presence of noise and its frequency-dependent behavior, which makes the procedure of the invention can be used to achieve greater bandwidth, and thereby greater transmission capacity, without large costs.
  • Figure 1 shows the data path between the different blocks of an embodiment in which the system using the multiband procedure uses exactly two bands.
  • a data separator (1) followed by a media access control block (2).
  • Each band is then treated separately by a physical fitness block (3) and an analog front panel (4).
  • the signals are combined by means of a signal combining block (5) and introduced into the communication channel (6).
  • the signals are obtained from the channel (6) and are separated by a signal separator filter (7).
  • Each band is treated by an analogue front (4) and a different physical fitness block (3) and finally the data is passed to a media access block (2) and the data is combined by a data combination block (8).
  • the invention is based on synchronous transmission and reception in the different bands and using symbol times in each band that are multiples of half the smallest symbol used in the different bands, allowing access to the medium to be controlled by a single block of access control to the medium (2).
  • the means of communication and the size of the different bands is indifferent, but the best results are obtained in systems that use the electrical network, coaxial cable and twisted cable as a means of transmission and using bands with a width of at least 20 MHz, since This way you can avoid bands or frequency ranges with a lot of noise or interference.
  • the first embodiment (9) shows the relationship in a two-band system (9a, 9b), where at the time the lower frequency band (9a) transmits a symbol the Major band transmits two symbols (9b).
  • FFT fast Fourier transform
  • the first embodiment (9) shows the relationship in a two-band system (9a, 9b), where at the time the lower frequency band (9a) transmits a symbol the Major band transmits two symbols (9b).
  • FFT fast Fourier transform
  • three bands (10a, 10b, 10c) are used where in the time that the first band (10a) transmits a symbol the second (10b) transmits two and the third (10c) transmits three.
  • the last example (11) uses two bands (lia, llb) in which the ratio is three times the half of the band symbol using the minor symbol.
  • one symbol size or another depends on the characteristics of the communications channel.
  • distortion is caused by the arrival of identical signals at different times due to the existence of multiple paths (delay spread). This effect decreases with increasing frequency, so it would be preferable to use short symbols.
  • the same number of points can be used in all bands, whereby the means of conversion between time and frequency will have the same number of points in each of the bands and the frequency processing will use the same structure for each of the bands.
  • Both the means of conversion between time and frequency and the frequency processing are included in the physical fitness blocks (3) that can be seen in Figure 1.
  • the power injected into each of the bands may be different, since it must comply with existing regulations and be calculated taking into account the noise in the channel at those frequencies.
  • Figure 4 shows the spectral density graph of injectable power -lien an example for the power grid and a system with three bands. The maximum power spectral density of the injected signal (12) is different for each of the three bands of the system as a function of frequency (13).
  • Figure 5 shows the limit of spectral density of injected power (14) and background noise (15) as a function of frequency (13). With this channel behavior it is advisable to divide the frequency range from 0 to 200 MHz into three bands: 0-30, 30-88 and 108-200 MHz.
  • the first division is carried out to respect the injected power spectral density limit, while the second division is done to avoid the band with high noise (frequency band of modulated frequency).
  • One way to generate the signal in each band is to generate it in the baseband and then transfer it to the appropriate frequencies.
  • Figure 6 shows the bands that can be used in different embodiments.
  • the first division (16) uses two bands one from 0 to 30 MHz and another from 36 to 82 MHz.
  • the second division (17) uses three bands, from 0 to 30, from 36 to 82 and from 108 to 208 MHz.
  • third division (17) uses the bands from 0 to 30, 36 to 82 and 108 to 308 MHz.
  • the fourth division (18) uses the bands from 0 to 30 and 36 to 236 MHz. To reduce the cost of implementing the system it is possible to reuse several blocks in the treatment of the signals of the different bands.
  • FIG. 10 shows three ways to make an analogue front (AFE) transmission in the system that applies the method of the invention.
  • each band is processed separately with its own digital converter analog (44) and its own filter (45), after which the signals are combined (47) and finally the result of the combination is amplified (46).
  • each band is processed separately with its own analog digital converter (44), its own filter (45) and its own amplifier (46), after which the different signals are combined (47).
  • Figure 8 shows how systems that use the bands synchronously can be made compatible, such as the system using the method of the invention, with other systems that use the bands asynchronously.
  • This figure shows the use of bands with respect to a time axis (28) and a frequency axis (13). Initially the bandwidth is used synchronously (31), then there are two asynchronous bands (32) and finally it is used again synchronously (31).
  • FIG. 9 shows the representation in time (28) and frequency (13) of three different cases using two different bands (33) and (34).
  • first case (35) each band is used to transmit data to a different user (38) and (39).
  • second case (36) there are carriers of the first band (33) that are addressed to a user (38) and carriers of the same band (33) that are addressed to the other user (39), which also uses all the carriers of the second band (34).
  • a similar scheme can be used to transmit data from several users to the same receiver through OFDMA techniques. For example, several transmitters can simultaneously use different bands or groups of carriers to transmit to the same node.
  • a MIMO processing block (known in the state of the art) is added to the system that implements the method of the invention it is possible to multiplex the bands in space as well as in frequency as described so far. This can be seen in Figure 11, where the X axis (48) corresponds to different spatial channels, the Y axis (49) corresponds to the frequency and the Z axis (50) corresponds to the spectral density of injectable power.
  • the same system can transmit the bands on different frequencies without using the MIMO processing (51) or can transmit them in the same frequency band through spatially different channels and use the MIMO processing to separate the information from the different bands (52). It is also possible to do both simultaneously, as can be seen in the third case (53).

Landscapes

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Abstract

Que permite la transmisión de datos utilizando simultáneamente más de una banda de transmisión (9a, 9b) (donde una banda es un rango continuo de frecuencias) para aumentar el ancho de banda utilizable en el sistema de transmisión y con ello su capacidad de transmisión global. El procedimiento permite la utilización de dicho ancho de banda sin incrementar la dificultad de la implementación digital y simplificando las especificaciones de los filtros analógicos (7) para la separación de las distintas bandas (9a, 9b).

Description

PROCEDIMIENTO DE TRANSMISIÓN DE DATOS MULTIBANDA
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 de datos multibanda que permite utilizar un ancho de banda mayor en el sistema en el que sea implementado, aprovechando diferentes bandas de frecuencia dependientes del canal utilizado en la comunicación y sincronizando las diferentes bandas. La principal ventaja de la invención consiste en que al utilizar múltiples bandas se incrementa el ancho de banda del sistema y por tanto la cantidad de información transmisible, y al sincronizarse dichas bandas, se consigue facilitar la implementación digital y se simplifican las especificaciones de los filtros analógicos, con lo que se consigue un incremento de la capacidad de transmisión con bajo coste.
Aunque el procedimiento de la invención puede utilizarse sobre cualquier sistema de comunicaciones independientemente del medio de transmisión es especialmente útil en medios que sufren ruido o interferencia en determinadas frecuencias, o en medios donde la máxima densidad espectral de potencia inyectable varia con la frecuencia debido a la normativa como es el caso de la red eléctrica utilizada como canal de comunicaciones, ya que el procedimiento puede utilizar bandas que no coincidan con las frecuencias afectadas por el ruido o la interferencia y puede adaptar las características de cada banda a la densidad espectral de potencia que la normativa permite inyectar.
ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN
En la mayoría de los sistemas de comunicación, incrementar el ancho de banda se traduce en una mayor capacidad de transmisión. El problema es que el medio físico o canal de comunicaciones suele tener unas características variables en frecuencia, con lo cual no es posible utilizar más que ciertos fragmentos o bandas de frecuencia. Por ejemplo, en la red eléctrica la potencia que se puede inyectar a partir de 30 MHz varía con respecto a la que se puede inyectar a frecuencias menores de 30 MHz debido a la normativa existente. Además la red eléctrica tiene otras características que la hacen poco deseable como medio de transmisión: el suelo de ruido disminuye con la frecuencia, la atenuación aumenta con la frecuencia, y hay gran ruido en la banda de radio de frecuencia modulada (de 88.5 a 108 MHz) .
Por tanto, para mejorar la capacidad de comunicación un sistema de comunicaciones deberá utilizar ciertas bandas (esto es, rangos de frecuencia) lo que supone la inclusión de filtros diferentes para separar cada banda y un incremento del coste final del sistema considerable. El procedimiento de la invención subsana este inconveniente, permitiendo que el sistema que lo implemente sea un sistema de coste reducido al sincronizar las diferentes bandas de frecuencia utilizadas, lo que simplifica y abarata dichos filtros y reduce el coste final del sistema.
En el estado del arte existen varias tecnologías relacionadas con la transmisión multibanda. Por ejemplo en la patente WO2004/100392 se muestra un sistema con varias subbandas solapadas cuya separación se realiza digitalmente mediante un banco de filtros digital. En la invención las bandas están sincronizadas y se realiza una separación analógica, gracias a lo que se simplifica el diseño del frontal analógico (analog front-end o AFE) y de los conversores ya que se reduce el rango dinámico que debe soportar cada una de las bandas en comparación con el rango dinámico que habría que soportar si tratase toda la banda como una única banda analógica. Además, permite un diseño optimizado en cuanto a ganancia y suelo de ruido del frontal analógico (AFE) de cada una de las bandas .
El proceso para utilizar una banda de frecuencia superior es conocido en el estado del arte y hay múltiples implementaciones posibles, como las mostradas en las patente US6985715 y US2002/0010870. En cualquier caso, estas patentes sólo muestran como subir en frecuencia para utilizar otra banda de frecuencia, y no utilizan dichas bandas simultáneamente, por lo que no anticipan ni de ellas se puede deducir el procedimiento de la invención.
Por otro lado en la patente WO2007039723 se proponen varios sistemas independientes y diferentes que trabajan en distintas bandas de frecuencia, teniendo una parte física (PHY) y una parte de acceso al medio (MAC) diferente para cada una de las bandas. Esto tiene el inconveniente de tener que duplicar las cadenas de transmisión y recepción a nivel digital, un alto coste de los filtros de separación analógicos y una mayor banda de guarda entre los diferentes sistemas, cosa que se soluciona con el procedimiento de la invención gracias a la sincronización entre las distintas bandas.
También se pueden citar otras patentes, como la US2008006310 donde aparece el concepto de tiempo de símbolo variable, pero no el de su utilización simultánea en múltiples bandas, característica que no puede inferirse de dicha descripción.
DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN Para lograr los objetivos y evitar los inconvenientes indicados en anteriores apartados, la invención consiste en un procedimiento de transmisión de datos multibanda en el que se utilizan simultáneamente dos o más bandas de transmisión, esto es, rangos continuos de frecuencia para la transmisión y recepción de señales, además se separa por medios analógicos las diferentes bandas en recepción, y se utiliza modulación multiportadora . El sistema se caracteriza porque la transmisión y recepción en las diferentes bandas se realiza de forma síncrona, esto es, todas las bandas transmiten simultáneamente y todas las bandas reciben simultáneamente; y en que los tiempos de símbolo utilizados en cada una de las bandas son múltiplos enteros de la mitad del tiempo del símbolo más pequeño de entre los usados para las distintas bandas. Gracias a ello, se facilita la implementación digital del sistema, se simplifican las especificaciones de los distintos filtros analógicos y se permite la reutilización de hardware .
Aunque el procedimiento puede utilizarse en sistemas de comunicaciones sobre cualquier medio de transmisión, los medios más adecuados para aumentar la capacidad de transmisión son la red eléctrica, el cable coaxial y el par trenzado.
En la implementación preferida, para maximizar la ganancia con el procedimiento, el tamaño de las bandas o rangos continuos de frecuencia tienen un ancho de banda igual o mayor que 20 MHz.
Por otro lado, el procedimiento puede utilizar, como medios de conversión entre tiempo y frecuencia, transformadas discretas de Fourier directas (DFT) e inversas (IDFT) con el mismo número de puntos en cada una de las bandas utilizadas.
Una forma sencilla para transmitir en una banda de frecuencias distinta a la banda base consiste en generar inicialmente la señal en banda base y posteriormente trasladarla en frecuencia hasta situarla en la banda adecuada.
El sistema que utilice el procedimiento de la invención puede utilizar un frontal analógico (analog front-end o AFE) en transmisión común para todas las bandas o bien diferente para cada una de las bandas. Ambas realizaciones son posibles y dependerán de la aplicación .
Para optimizar al máximo el resultado del procedimiento, el control automático de ganancia debe ser independiente para cada una de las bandas utilizadas de forma que la ganancia en una banda no predisponga la ganancia en el resto de bandas.
Por otro lado, no es necesario utilizar todas las bandas de frecuencia para realizar la tarea de sincronizar el sistema con otros en la red. La sincronización del sistema que implementa el procedimiento se puede realizar únicamente utilizando una de las bandas de las múltiples del sistema, donde dicha banda es preferentemente la situada en menor frecuencia de entre las utilizadas, ya que, con muchos canales de comunicación esta banda es la que consigue mayor cobertura, al tener menor atenuación que frecuencias mayores . Para conseguir reducir el coste del sistema, es posible reutilizar los medios de tratamiento en el dominio de la frecuencia y de conversión entre tiempo y frecuencia, transformadas discretas de Fourier directas (DFT) e inversas (IDFT), para el procesado de dos o más bandas.
Asimismo, en una implementación del procedimiento es posible reutilizar los medios de tratamiento en tiempo en el procesado de dos o más bandas o bien combinar la reutilización de medios de tratamiento en el dominio de la frecuencia, los medios de tratamiento en el dominio del tiempo y los medios de conversión entre tiempo y frecuencia .
El procedimiento puede utilizarse también junto con la división del canal en periodos en los que las bandas se utilizan de forma síncrona, esto es, se transmite o recibe a la vez en todas las bandas, y periodos en los que las bandas se utilizan de forma independiente o asincrona de manera que el sistema de transmisión de datos multibanda pueda compartir el canal con otros sistemas que utilicen las bandas de forma asincrona. Para la transmisión a múltiples usuarios el procedimiento puede utilizar una banda distinta para cada usuario, un grupo de portadoras para cada usuario o bien realizar una multiplexación en el tiempo para transmitir a cada usuario.
Cuando la modulación multiportadora es OFDM (Orthogonal Frequency División Multiplexing) el procedimiento puede aplicar técnicas de acceso múltiple por división de frecuencia ortogonal (OFDMA) asignando diferentes grupos de portadoras o diferentes bandas a los distintos usuarios.
Finalmente el procedimiento de transmisión multibanda puede incluir técnicas de procesado MIMO (múltiple input, múltiple output) . Esto permite que las bandas se puedan multiplexar por división en frecuencia, por división en espacio o una combinación de las anteriores
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 en forma de diagrama de bloques una implementación del procedimiento.
Figura 2.- Muestra la relación entre tiempos entre varias bandas utilizadas en el procedimiento.
Figura 3.- Muestra la relación entre la separación entre portadoras en frecuencia y la duración del símbolo para dos bandas. Figura 4.- Representa la potencia inyectada en las diferentes bandas en una implementación sobre la red eléctrica .
Figura 5.- Muestra la relación entre la densidad espectral de potencia (PSD) inyectada y el ruido de fondo (background noise) al utilizar la linea eléctrica como medio de comunicación.
Figura 6.- Muestra distintas bandas utilizables por la invención al realizar comunicaciones sobre la red eléctrica.
Figura 7.- Representa una realización en la que el tratamiento en la parte digital de las diferentes bandas se hace procesando dichas bandas en serie.
Figura 8.- Muestra una forma de compatibilizar sistemas que utilizan las bandas de forma síncrona y asincrona .
Figura 9.- Muestra tres casos distintos para realizar la transmisión de información a dos usuarios utilizando dos bandas diferentes. Figura 10.- Representa tres formas de realizar el frontal analógico en el procedimiento de la invención. Figura 11.- Muestra varios ejemplos de bandas y canales utilizables cuando se añade procesado MIMO al procedimiento de la invención. 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. Para los distintos ejemplos de realización que se representarán a continuación se ha elegido como medio de comunicación la red eléctrica de baja tensión. Este medio resulta hostil para la mayor parte de comunicaciones, debido a la presencia de ruido y a su comportamiento dependiente de la frecuencia, con lo que el procedimiento de la invención puede utilizarse para conseguir mayor ancho de banda, y con ello mayor capacidad de transmisión, sin grandes costes.
La figura 1 muestra la ruta de los datos entre los diferentes bloques de un ejemplo de realización en el que el sistema que utiliza el procedimiento multibanda utiliza exactamente dos bandas. En el transmisor hay un separador de datos (1) seguido de un bloque de control de acceso al medio (2) . Después cada banda se trata por separado por un bloque de adecuación física (3) y un frontal analógico (4) . Finalmente las señales se combinan mediante un bloque combinador de señales (5) y se introducen en el canal de comunicaciones (6) . En el receptor las señales se obtienen del canal (6) y se separan mediante un filtro separador de señales (7) . Cada banda se trata mediante un frontal analógico (4) y un bloque de adecuación física (3) diferente y finalmente los datos se hacen pasar a un bloque de acceso al medio (2) y se combinan los datos mediante un bloque de combinación de datos (8) .
La invención se basa en la transmisión y recepción síncrona en las diferentes bandas y en utilizar tiempos de símbolo en cada banda que sean múltiplos de la mitad del símbolo más pequeño utilizado en las diferentes bandas, lo que permite que se controle el acceso al medio mediante un único bloque de control de acceso al medio (2) . El medio de comunicación y el tamaño de las distintas bandas es indiferente, pero los mejores resultados se obtienen en sistemas que utilicen como medio de transmisión la red eléctrica, cable coaxial y cable trenzado y utilizando bandas con un ancho de al menos 20 MHz, ya que de esta forma se pueden evitar bandas o rangos de frecuencia con mucho ruido o interferencia. Al transmitir y recibir de forma síncrona, esto es, transmitir a la vez en todas las bandas o recibir a la vez en todas las bandas, las especificaciones de los filtros analógicos son más relajadas que si las bandas fuesen independientes, ya que se evita el caso de tener que recibir una señal de muy baja potencia mientras se está transmitiendo una señal de mucha mayor potencia en una banda adyacente. Asimismo se reducen las necesidades de tamaño de bandas de guarda entre bandas y es posible reutilizar bloques de tratamiento en transmisión y recepción procesando las bandas en serie.
Aunque en una implementación es posible utilizar bandas iguales, esto no es estrictamente necesario. Sólo es necesario que los tiempos de símbolo de las diferentes bandas sean múltiplos enteros de la mitad del tiempo más pequeño de entre los usados en las distintas bandas.
Esto puede observarse en la figura 2, donde el primer ejemplo de realización (9) muestra la relación en un sistema de dos bandas (9a, 9b), donde en el tiempo en que la banda de menor frecuencia (9a) transmite un símbolo la banda mayor transmite dos símbolos (9b) . En este ejemplo, si se utiliza un bloque de transformada rápida de Fourier (FFT) para hacer la traslación entre tiempo y frecuencia, y dicha FFT se reutiliza para todas las bandas, primero procesará un símbolo de la banda de menor frecuencia y posteriormente dos símbolos de la otra banda, y así sucesivamente, repartiendo los datos de la misma manera. En el siguiente ejemplo (10) se utilizan tres bandas (10a, 10b, 10c) donde en el tiempo que la primera banda (10a) transmite un símbolo la segunda (10b) transmite dos y la tercera (10c) transmite tres. El último ejemplo (11) utiliza dos bandas (lia, llb) en la que la relación es de tres veces la mitad del símbolo de la banda que utiliza el símbolo menor.
El utilizar un tamaño de símbolo u otro depende de las características del canal de comunicaciones. Por ejemplo, en el caso de la red eléctrica de baja tensión es conocido que se produce una distorsión causada por la llegada al receptor de señales idénticas en tiempos diferentes por la existencia de múltiples caminos (delay spread) . Este efecto disminuye al aumentar la frecuencia, por lo que seria preferible utilizar símbolos cortos.
Para conseguir un sistema más ventajoso, en otro ejemplo de realización se puede utilizar el mismo número de puntos en todas las bandas, con lo que los medios de conversión entre tiempo y frecuencia tendrán el mismo número de puntos en cada una de las bandas y el procesado en frecuencia utilizará la misma estructura para cada una de las bandas. Tanto los medios de conversión entre tiempo y frecuencia, como el procesado en frecuencia se incluyen en los bloques de adecuación física (3) que pueden observarse en la figura 1.
En este caso es posible variar la separación entre portadoras de manera que los símbolos generados tengan mayor o menor duración. Un ejemplo puede observarse en la figura 3. En dicha figura hay una representación en frecuencia (29) y otra en tiempo (30) de dos bandas (26) y (27) donde se marcan los ejes de frecuencia (13) y de tiempo (28) . En esta figura se observa que si se duplica la separación entre portadoras la duración del símbolo será la mitad y el ancho de banda cubierto sería el doble al utilizar el mismo número de portadoras. Cada uno de los puntos de la transformada directa e inversa de Fourier (DFT/IDFT) se corresponderá con portadoras activas o inactivas, lo que da una mayor flexibilidad a la hora de adaptar el sistema al ancho de banda disponible. La potencia inyectada en cada una de las bandas puede ser diferente, ya que debe cumplir la normativa existente y calcularse teniendo en cuenta el ruido en el canal a esas frecuencias. La figura 4 muestra la gráfica de densidad espectral de potencia inyectable -lien un ejemplo para la red eléctrica y un sistema con tres bandas. La densidad espectral de potencia máxima de la señal inyectada (12) es diferente para cada una de las tres bandas del sistema en función de la frecuencia (13) . La figura 5 muestra el limite de densidad espectral de potencia inyectada (14) y el ruido de fondo (15) en función de la frecuencia (13) . Con este comportamiento del canal resulta recomendable dividir el rango de frecuencias de 0 a 200 MHz en tres bandas: 0-30, 30-88 y 108-200 MHz. La primera división se realiza para respectar el limite de densidad espectral de potencia inyectada, mientras que la segunda división se realiza para evitar la banda con alto ruido (banda de radio de frecuencia modulada) . Una forma de generar la señal en cada banda consiste en generarla en banda base y trasladarla posteriormente a las frecuencias adecuadas. Para el ejemplo de realización anterior, cuando se utilice una FFT de 2048 puntos y frecuencia de muestreo de 50 MHz para la banda de 0 a 30 MHz, es posible utilizar la misma FFT de 2048 puntos a 100 MHz para la banda de 30 a 88 MHz y otra igual para la banda de 108 a 200 MHz. Si se incluye una banda de guarda en la banda 30 a 88 MHz, reduciendo su tamaño hasta que la banda esté de 36 a 82 MHz, dicha banda reducida se podría generar aplicando una FFT de 2048 puntos a 50 MHz. En la figura 6 se muestran las bandas utilizables en diferentes ejemplos de realización. La primera división (16) utiliza dos bandas una de 0 a 30 MHz y otra de 36 a 82 MHz. La segunda división (17) utiliza tres bandas, de 0 a 30, de 36 a 82 y de 108 a 208 MHz. La tercera división (17) utiliza las bandas de 0 a 30, 36 a 82 y 108 a 308 MHz. La cuarta división (18) utiliza las bandas de 0 a 30 y de 36 a 236 MHz. Para reducir el coste de la implementación del sistema es posible reutilizar varios bloques en el tratamiento de las señales de las diferentes bandas. Esto puede observarse en el ejemplo de realización de la figura 7 en el que se ha pasado de tener un bloque para el tratamiento de la banda situada a mayor frecuencia (20) y un bloque para el tratamiento de la banda situada a menor frecuencia (21), a tener un bloque común (22) que realiza el tratamiento de las señales en frecuencia, un bloque común para la conversión frecuencia a tiempo de las señales transmitidas por las dos bandas (23) y un bloque común que realiza el tratamiento en tiempo de la señal transmitida (24) . En recepción se realiza el procesado inverso. Los diferentes bloques se pueden reutilizar o no de forma independiente, es decir podrían reutilizarse el tratamiento en frecuencia y la conversión frecuencia a tiempo y realizar el tratamiento en tiempo de cada banda con bloques independientes. En el procedimiento de la invención siempre se realiza un tratamiento separado en cada banda en la parte analógica en recepción (entendida como frontal analógico -AFE- y los conversores) . Por el contrario, el frontal analógico (AFE) en transmisión puede ser común para todas las bandas o bien puede ser diferente para cada una de ellas. En caso de utilizar control automático de ganancia (AGC) dicho control también será independiente para cada una de las bandas. En la figura 10 se muestran tres formas de realizar un frontal analógico (AFE) de transmisión en el sistema que aplica el procedimiento de la invención. En la primera realización (40) todas las bandas utilizan una única cadena de AFE de transmisión, lo cual implica que se han sumado digitalmente (43) antes del conversor digital analógico (DAC 44), ambos incluidos en el bloque de adecuación física (3), después se filtran (45) y finalmente se amplifican (Line Driver 46) en el frontal analógico (4) . En la segunda realización (41) cada banda se procesa por separado con su propio conversor digital analógico (44) y su propio filtro (45), tras lo que las señales se combinan (47) y finalmente el resultado de la combinación se amplifica (46) . En la tercera realización (42) cada banda se procesa por separado con su propio conversor digital analógico (44), su propio filtro (45) y su propio amplificador (46), tras lo que las distintas señales se combinan (47) .
Aprovechando que siempre se transmite en todas las bandas simultáneamente es posible sincronizar el sistema utilizando únicamente una de las múltiples bandas del sistema. Como la banda de menor frecuencia suele ser la que menos se atenúa a largas distancias, se utilizará la banda de menor frecuencia en otro ejemplo de realización para realizar dicha sincronización. Por otro lado la figura 8 muestra como se pueden compatibilizar sistemas que utilizan las bandas de forma síncrona, como el sistema que utilice el procedimiento de la invención, con otros sistemas que utilizan las bandas de forma asincrona. En dicha figura se representa la utilización de bandas respecto a un eje temporal (28) y un eje frecuencial (13) . Inicialmente se utiliza el ancho de banda de forma síncrona (31), después hay dos bandas asincronas (32) y por ultimo se vuelve a utilizar de forma síncrona (31) . La duración y ubicación en tiempo de los diferentes periodos se puede comunicar por medio de mensajes de asignación de acceso al medio por parte del coordinador de la red. En cualquier caso no es imprescindible utilizar toda una banda para comunicar con un único usuario. En la figura 9 se muestra la representación en tiempo (28) y frecuencia (13) de tres casos diferentes que utilizan dos bandas distintas (33) y (34) . En el primer caso (35) cada banda se utiliza para transmitir datos a un usuario distinto (38) y (39) . En el segundo caso (36) hay portadoras de la primera banda (33) que se dirigen a un usuario (38) y portadoras de la misma banda (33) que se dirigen al otro usuario (39), que también utiliza todas las portadoras de la segunda banda (34) . En el tercer caso (37) cada usuario (38) y (39) utiliza las dos bandas completas pero en instantes de tiempo diferentes. Un esquema similar se puede utilizar para transmitir datos de varios usuarios a un mismo receptor por medio de técnicas OFDMA. Por ejemplo varios transmisores pueden utilizar simultáneamente bandas diferentes o grupos de portadoras para transmitir a un mismo nodo. Si se añade un bloque de procesado MIMO (conocido en el estado del arte) al sistema que implementa el procedimiento de la invención es posible multiplexar las bandas en espacio además de en frecuencia como se ha descrito hasta ahora. Esto puede observarse en la figura 11, donde el eje X (48) se corresponde con distintos canales espaciales, el eje Y (49) se corresponde con la frecuencia y el eje Z (50) se corresponde con la densidad espectral de potencia inyectable. El mismo sistema puede transmitir las bandas en frecuencias diferentes sin usar el procesado MIMO (51) o puede transmitirlas en la misma banda de frecuencias por canales espacialmente diferentes y utilizar el procesado MIMO para separar la información de las diferentes bandas (52) . También es posible hacer ambas cosas simultáneamente, como puede verse en el tercer caso (53 ) .

Claims

REIVINDICACIONES
1. PROCEDIMIENTO DE TRANSMISIÓN DE DATOS MULTIBANDA, en el que se utilizan simultáneamente dos o más bandas de transmisión, se separan por medios analógicos las diferentes bandas en recepción, y se utiliza modulación multiportadora; caracterizado porque: la transmisión y recepción en las diferentes bandas se realiza de forma que todas las bandas transmiten simultáneamente y todas las bandas reciben simultáneamente; y los tiempos de símbolo utilizados en cada una de las bandas son múltiplos enteros de la mitad del tiempo del símbolo más pequeño de entre los usados para las distintas bandas .
2. PROCEDIMIENTO DE TRANSMISIÓN DE DATOS MULTIBANDA, según reivindicación 1, caracterizado porque el sistema que implementa el procedimiento utiliza un medio de transmisión que está seleccionado entre red eléctrica, cable coaxial y par trenzado.
3. PROCEDIMIENTO DE TRANSMISIÓN DE DATOS MULTIBANDA, según reivindicación 1, caracterizado porque las distintas bandas tienen un ancho de banda igual o mayor que 20 MHz.
4. PROCEDIMIENTO DE TRANSMISIÓN DE DATOS MULTIBANDA, según reivindicación 1, caracterizado porque comprende utilizar transformadas discretas de Fourier directas (DFT) e inversas (IDFT) con el mismo número de puntos en cada una de las bandas utilizadas, como medios de conversión entre tiempo y frecuencia .
5. PROCEDIMIENTO DE TRANSMISIÓN DE DATOS MULTIBANDA, según reivindicación 1, caracterizado porque comprende generar la señal en banda base y trasladar en frecuencia hasta la banda adecuada para transmitir en una banda.
6. PROCEDIMIENTO DE TRANSMISIÓN DE DATOS MULTIBANDA, según reivindicación 1, caracterizado porque el frontal analógico (analog front-end o AFE) en transmisión es común para todas las bandas.
7. PROCEDIMIENTO DE TRANSMISIÓN DE DATOS MULTIBANDA, según reivindicación 1, caracterizado porque el frontal analógico (analog front-end o AFE) en transmisión es diferente para cada una de las bandas .
8. PROCEDIMIENTO DE TRANSMISIÓN DE DATOS MULTIBANDA, según reivindicación 1, caracterizado porque comprende utilizar un control automático de ganancia independiente para cada una de las bandas utilizadas por el sistema que implemente el procedimiento.
9. PROCEDIMIENTO DE TRANSMISIÓN DE DATOS MULTIBANDA, según reivindicación 1, caracterizado porque la sincronización del sistema que implemente el procedimiento se realiza únicamente utilizando una de las bandas de las múltiples del sistema, donde dicha banda es la de menor frecuencia de las utilizadas.
10. PROCEDIMIENTO DE TRANSMISIÓN DE DATOS MULTIBANDA, según reivindicación 1, caracterizado porque en el procesado de dos o más bandas comprende reutilizar medios seleccionados entre medios de tratamiento en el dominio de la frecuencia, medios de tratamiento en el dominio del tiempo, medios de conversión entre tiempo y frecuencia (transformadas discretas de Fourier directas e inversas), y una combinación de los medios anteriores.
11. PROCEDIMIENTO DE TRANSMISIÓN DE DATOS MULTIBANDA, según reivindicación 1, caracterizado porque se divide el canal en periodos en los que se transmite y recibe a la vez en todas las bandas, y en periodos en los que las bandas se utilizan de forma que la transmisión de datos multibanda pueda compartir el canal con otros sistemas que utilicen las bandas de forma asincrona.
12. PROCEDIMIENTO DE TRANSMISIÓN DE DATOS MULTIBANDA, según reivindicación 1, caracterizado porque comprende transmitir a múltiples usuarios mediante el empleo selectivo de bandas distintas para cada usuario, de grupos de portadoras para cada usuario o bien realizando una multiplexación en tiempo para transmitir a cada usuario.
13. PROCEDIMIENTO DE TRANSMISIÓN DE DATOS MULTIBANDA, según reivindicación 1 y donde la modulación multiportadora es OFDM, caracterizado porque comprende utilizar técnicas de acceso múltiple por división de frecuencia ortogonal (OFDMA) asignando selectivamente diferentes grupos de portadoras o bandas a los distintos usuarios.
14. PROCEDIMIENTO DE TRANSMISIÓN DE DATOS MULTIBANDA, según reivindicación 1, caracterizado porque incluye técnicas de procesado MIMO (múltiple input, múltiple output) para realizar una multiplexación seleccionada entre una multiplexación en frecuencia de las diferentes bandas, una multiplexación espacial de las mismas y una combinación de las anteriores.
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