Método y sistema para distribución de señales en interiores.

Método y sistema para distribución en interiores de señales de red móvil de evolución a largo plazo,

LTE, y/o de señales de red de sensores inalámbricos, WSN, en un edificio. La infraestructura de cable coaxial de televisión del edificio se usa para la distribución de la señales. La presente invención permite la distribución de señales superiores a 2,4 GHz usando la infraestructura de cable coaxial sin ninguna modulación o desplazamiento de frecuencia de las señales distribuidas.

MÉTODO Y SISTEMA PARA DISTRIBUCiÓN DE SEÑALES EN INTERIORES

CAMPO TÉCNICO

La presente invención se refiere, en general, a la distribución de señales de comunicación y, más particularmente, a un método y sistema para distribución de señales L TE Y WSN en interiores dentro de un edificio.

DESCRIPCiÓN DE LA TÉCNICA ANTERIOR

La distribución de señales en interiores ha sido siempre problemática para redes inalámbricas y/o móviles debido a la pequeña cobertura de radio en estos entornos, incluso para las nuevas tecnologías tales como la tecnología de redes móviles L TE, del inglés Long Time Evolution, evolución a largo plazo (4G) o WSN (redes de sensores inalámbricos) .

En la actualidad existen diversas opciones tecnológicas que intentan solucionar el problema de la cobertura de radio dentro de edificios, con particular atención al segmento residencial.

En el caso de tecnologías móviles, estas tecnologías de cobertura en interiores pueden clasificarse en tres categorías: repetidores de radio, femtonodos y soluciones basadas en distribución de señales de radio por cable:

• Los repetidores de radio pueden clasificarse en repetidores de una sola frecuencia y repetidores de desplazamiento de frecuencia. Los denominados repetidores residenciales son repetidores de una sola frecuencia que se usan para mejorar la cobertura 2G/3G dentro de los hogares. Un repetidor residencial es básicamente un amplificador bidireccional que mejora la cobertura en interiores, cuando recoge una señal de radio débil del exterior, compensando las pérdidas de penetración de la señal. Una de sus características es la integración de sus dos antenas (donante y de cobertura) en el cuerpo del repetidor para minimizar el impacto visual. Otros repetidores de esta familia separan la antena donante mediante un cable coaxial para mejorar la relación señal a ruido. Los repetidores con desplazamiento de frecuencia se componen de dos unidades: el repetidor base y el repetidor remoto, estando este último situado en el lugar en el que debe mejorarse la cobertura. Las unidades están interconectadas mediante medios de transmisión físicos. El medio de transmisión físico puede ser, dependiendo de la infraestructura existente en el edificio, fibra óptica, cable

coaxial, o la interfaz aérea de radio.

• El femtonodo o femtocelda se denomina Nodo B doméstico o eNodo B doméstico en las especificaciones 3GPP de LTE. Un femtonodo es una estación base simplificada que proporciona cobertura inalámbrica móvil en las instalaciones del cliente, y que está conectada a la red núcleo del operador de telecomunicaciones a través de la red de acceso de fibra o de cobre.

• Otras soluciones para cobertura de radio en interiores se basan en la distribución de señales de radio sobre fibra óptica (radio sobre fibra) , o sobre cables coaxiales específicamente desplegados. Hay diferentes soluciones comerciales para mejorar la cobertura celular en edificios (GSM, UMTS, COMA) , usando una red de distribución de televisión basada en cable coaxial: estas soluciones se basan en el desplazamiento de la frecuencia celular original a una que pueda pasar a través de la red de cable sin interferir en los canales de televisión y volver a desplazarla a la frecuencia celular original en el receptor.

• Adicionalmente, también hay alianzas/foros, como por ejemplo la MOCA (Multimedia Over Coaxial Allianee) o la Home PNA Allianee, que proponen la reutilización de la infraestructura de distribución coaxial, prevista básicamente para la transmisión de señales de televisión/satélite, para la transmisión de datos. En cualquier caso, los datos se modulan digitalmente y se desplazan en frecuencia (se usa modulación OFOM en MOCA y modulación M_QAM en HomePNA) . Para acceder a esta red de datos son necesarios adaptadores que procedan a la modulación/desmodulación de datos.

Por lo que respecta a las redes de sensores inalámbricos (WSN) , éstas se despliegan para aplicaciones de control en interiores. Una WSN consiste en un conjunto de nodos de radio que recogen información local o interaccionan con el entorno, y se comunican entre sí por medio de enlaces de radio. Algunos nodos realizan algunas funciones especiales como repetir, encaminar o actuar como pasarelas con otras redes. Las tecnologías y normas de la industria WSN principales son ZigBee, Z-Wave, EnOcean, ANT, 6LoWPAN o cualquier solución propietaria basada en I EEE802.15.4

Hoy en día, un gran número de redes WSN en interiores tienen problemas de alcance o cobertura. Algunos nodos, denominados 'encaminador' (router) , que siempre necesitan una conexión de alimentación de potencia a la red eléctrica general, se usan para aumentar la cobertura de red, actúan como relés de información y permiten la trayectoria de información entre nodos terminales de red y nodos de coordinación, maestros o de pasarela que comunican las WSN con redes externas.

Con el fin de mejorar el área de cobertura de una WSN hay múltiples alternativas. En implementaciones en exteriores, la potencia de radiotransmisión habitualmente se aumenta, y se usan frecuencias más bajas para aumentar el alcance de la señal (uso de 868 MHz en lugar de 2, 4 GHz) y se despliegan nodos encaminadores o 'repetidores'. En implementaciones en interiores, en las que el alcance de cobertura es aún menor, el aumento del área de cobertura se basa en el uso masivo de nodos encaminadores, y esto implica la necesidad de tomas de potencia, un aumento de la complejidad de red y del número de saltos. Además, el problema del alcance en interiores en la banda ISM (Industria! Scientific Medica! Radio Bands) es incluso mayor debido a la coexistencia con redes Wi-Fi en la banda de 2, 4 GHz.

Actualmente no hay ninguna propuesta técnica para WSN que use transmisión por cable coaxial.

También hay algunas patentes relacionadas con el campo de la mejora del alcance y la cobertura de señales inalámbricas en interiores basada en cable coaxial. Todas las patentes se basan en el uso del principio de desplazamiento de frecuencia, independientemente del medio físico usado para transportar las señales de radio. Por ejemplo: la patente P 7587001 (8 de septiembre de 2009) : 'Apparatus and method for frecuency shifting of a wireless signal and Systems using frecuency shifting' proporciona cobertura de red mejorada basándose en un esquema de desplazamiento de frecuencia. Una señal inalámbrica en una banda de frecuencia se desplaza a otra banda distinta, y se transporta en la banda desplazada, usando medios inalámbricos o por cable, hasta otra ubicación, en la que la señal inalámbrica vuelve a desplazarse a la banda de frecuencia original, y la patente US 20080151857 'Local Coaxial wireless Distribution networks' define un método para distribuir localmente señales de datos dentro de un edificio que tiene una red de cable coaxial interna. Incluye ubicaciones y conversiones de frecuencia para la transmisión de las señales inalámbricas en edificios.

Las soluciones actuales para cobertura inalámbrica en interiores padecen numerosas limitaciones tal como se describe en los siguientes puntos:

• Los repetidores residenciales necesitan una señal de radio mínima, captada en el exterior, para mejorar la cobertura en el interior. Sin embargo, en muchos casos el índice de ruido de estos repetidores es demasiado alto, y no hay ninguna ubicación en el interior en la que el repetidor residencial pueda captar la señal de radio con un nivel suficiente. Los repetidores residenciales que separan la antena donante del equipo minimizan la influencia del índice de ruido del repetidor, pero requieren una pequeña obra de ingeniería civil para instalar la

antena donante fuera del edificio.

• Los repetidores de desplazamiento de frecuencia presentan la desventaja de tener que sincronizar sus dos unidades, base y remota, para cumplir con las especificaciones de precisión de frecuencia, según se definen en la norma 3GPP. Esta sincronización se realiza habitualmente: usando un oscilador de cristal muy estable con compensación de temperatura o enviando los tonos de referencia para los receptores con bloqueo de frecuencia o extrayendo determinados parámetros que se envían en una trama de señal de radio. En los repetidores de desplazamiento de frecuencia, todas estas soluciones aumentan significativamente la complejidad y el coste del repetidor. Por otro lado, si el repetidor...

1. Un método para distribución en interiores de señales de red móvil de evolución a largo plazo L TE y/o de señales de red de sensores inalámbricos WSN, en un edificio, teniendo el edificio una infraestructura de cable coaxial para la distribución de señales de difusión de televisión y radio dentro del edificio, antenas para la recepción de las señales de difusión, un equipo de cabecera de televisión y radio para el procesamiento y la amplificación de las señales de difusión desde las antenas y varias tomas de televisión y radio para la conexión de los terminales finales de televisión y radio a la infraestructura de cable coaxial, comprendiendo el método las siguientes etapas:

en el sentido de enlace descendente: a) un módulo denominado unidad de cabecera, recibe las señales de enlace descendente L TE desde una estación base L TE a través de una antena L TE y/o las señales WSN de enlace descendente desde una unidad de coordinación WSN, siendo las señales de enlace descendente LTE señales FOO, dúplex por división en frecuencia, que operan en una determinada banda de frecuencia de enlace descendente L TE Y siendo las señales de enlace descendente WSN señales TOO, dúplex por división de tiempo, que operan en una determinada banda de frecuencia WSN; b) la unidad de cabecera filtra dichas señales L TE de enlace descendente y/o dichas señales WSN de enlace descendente, para su transmisión a través de la infraestructura de cable coaxial, el filtro se realiza de modo que la atenuación de las señales fuera de la correspondiente banda de frecuencia de operación es de al menos 100 dB; c) la unidad de cabecera recibe las señales de difusión de televisión y radio desde el equipo de cabecera de televisión y radio; d) la unidad de cabecera combina las señales de difusión de televisión y radio con las señales LTE y/o WSN, ajusta la potencia de las señales de modo que la potencia máxima de la señal combinada que va a transmitirse por la red coaxial esté por debajo de la potencia de transmisión máxima permitida por las normativas sobre infraestructura coaxial de televisión; e) la unidad de cabecera transmite las señales combinadas a al menos una unidad denominada unidad de usuario a través de la infraestructura de cable coaxial, siendo la frecuencia de transmisión de las señales L TE y/o WSN transmitidas a través de la infraestructura de cable coaxial igual a la frecuencia de las señales L TE y/o WSN recibidas en la etapa a) ; f) la al menos una unidad de usuario recibe las señales desde la unidad de cabecera y filtra y separa las señales L TE y/o WSN de la señal de difusión de televisión y radio; g) la al menos una unidad de usuario envía la señal de difusión a los terminales finales de televisión y radio a través de una toma de televisión y radio; h) la al menos una unidad de usuario difunde de manera inalámbrica la señal L TE a los terminales móviles L TE a través de una antena L TE y/o envía la señal WSN al nodo terminal WSN; en el sentido de enlace ascendente: i) la al menos una unidad de usuario recibe de manera inalámbrica una señal L TE de enlace ascendente desde un terminal móvil L TE a través de una antena L TE y/o recibe una señal WSN de enlace ascendente desde un nodo terminal WSN, siendo la señal de enlace ascendente L TE una señal FOO, dúplex por división en frecuencia, que opera en una determinada banda de frecuencia de enlace ascendente L TE Y siendo la señal de enlace ascendente WSN una señal TOO, dúplex por división de tiempo, que opera en una determinada banda de frecuencia WSN; j) la al menos una unidad de usuario filtra las señales recibidas, el filtro se realiza de modo que la atenuación de las señales fuera de la banda de frecuencia de operación es de al menos 100 dB, Y envía las señales de enlace ascendente a la unidad de cabecera a través de la infraestructura de cable coaxial, siendo la frecuencia de transmisión de las señales L TE y/o WSN transmitidas a través de la infraestructura de cable coaxial igual a la frecuencia de las señales L TE y/o WSN de enlace ascendente recibidas en la etapa i) ; k) la unidad de cabecera recibe las señales L TE y/o WSN de enlace ascendente; m) la unidad de cabecera filtra las señales L TE y/o WSN de enlace ascendente, el filtro se realiza de modo que la atenuación de las señales fuera de la banda de frecuencia de operación es de al menos 100 dB;

n) la unidad de cabecera envía la señal L TE de enlace ascendente a una estación base L TE a través de una antena L TE y/o la señal WSN a la unidad de coordinación WSN;

en el que la banda de frecuencia de enlace descendente L TE en la que operan

las señales de enlace descendente FOO L TE es de 2620-2690 MHz, la banda de

frecuencia de enlace ascendente en la que operan las señales de enlace

ascendente FOO L TE es de 2500-2570 MHz y la banda de frecuencia WSN en la

que operan las señales de enlace descendente y de enlace ascendente TOO

WSN es de 2400-2500 MHz.

2. Un método según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que las señales distribuidas en interiores son señales L TE Y en el que el método comprende además: después de recibir las señales de enlace descendente L TE en la etapa a) , la unidad de cabecera amplifica y ajusta las señales L TE para su transmisión a través de la infraestructura de cable coaxial, dependiendo la ganancia de dicha amplificación de la distancia respecto a la estación base LTE, la ganancia de la antena L TE Y el número de tomas de televisión a las que va a darse servicio; después de recibir y filtrar las señales de enlace descendente L TE en la etapa f) , la al menos una unidad de usuario amplifica las señales L TE, la amplificación se calcula para compensar cualquier variación en las pérdidas de la red coaxial y para entregar la señal de enlace descendente L TE a un nivel apropiado a la antena L TE para su transmisión a los terminales móviles L TE; después de recibir y filtrar las señales de enlace ascendente L TE recibidas del terminal móvil en la etapa i) , la al menos una unidad de usuario amplifica las señales de enlace ascendente L TE recibidas, la amplificación se calcula de modo que se compense la atenuación introducida por la infraestructura de cable coaxial de televisión; después de recibir y filtrar las señales de enlace ascendente L TE en la etapa m) , la señal L TE se amplifica y ajusta en la unidad de cabecera para compensar las pérdidas y las no linealidades del cable coaxial y de los elementos de distribución.

3. Un método según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que las señales distribuidas en interiores son señales L TE Y señales WSN, de modo que en la etapa d) las señales transmitidas a través de la infraestructura de red coaxial son una combinación de señales L TE de enlace descendente, señales WSN de enlace descendente y señales de difusión de televisión y radio, y comprendiendo además el método:

4.

5.

6.

7.

8.

9.

antes de la etapa j) , las señales L TE de enlace ascendente y las señales WSN recibidas se combinan en la al menos una unidad de usuario, de modo que la señal enviada en la etapa j) y recibida en la etapa k) por la unidad de cabecera es una combinación de una señal L TE de enlace ascendente y una señal WSN de enlace ascendente. Un método según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la tecnología WSN usada en la red WSN es ZigBee o EnOcean o ANT o IETF 6LoWPAN o Z-Wave o Wavenis o cualquier solución propietaria basada en IEEE

802.15.4. Un método según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el nodo terminal WSN es un nodo de tipo encaminador o router que, en el enlace descendente, transmite de manera inalámbrica la señal de enlace descendente a otro nodo terminal de red WSN y, en el enlace ascendente, recibe la señal WSN de enlace ascendente desde otro nodo terminal de red WSN. Un método según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la unidad de usuario se alimenta con las tensiones de alimentación que llegan a través del cable coaxial de televisión y radio desde la unidad de cabecera. Un método según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que hayal menos una unidad de usuario por planta del edificio o al menos una unidad de usuario por hogar del edificio. Un método según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la unidad de coordinación de la red WSN forma parte de la unidad de cabecera y la unidad de cabecera comprende una pasarela que realiza las funciones de interfaz entre redes remotas y la red WSN. Un sistema para la distribución en interiores de señales de red móvil de evolución a largo plazo L TE y/o de señales de red de sensores inalámbricos WSN, en un edificio, teniendo el edificio una infraestructura de cable coaxial para la distribución de señales de difusión de televisión y radio dentro del edificio, antenas para la recepción de las señales de difusión, un equipo de cabecera de televisión y radio para el procesamiento y la amplificación de las señales de difusión desde las antenas y varias tomas de televisión y radio para la conexión de los terminales finales de televisión y radio a la infraestructura de cable coaxial, comprendiendo el sistema:

un módulo denominado unidad de cabecera que comprende:

una antena L TE o un conector para una antena L TE, para recibir la señal

de enlace descendente L TE desde una estación base L TE y/o una interfaz para recibir una señal de enlace descendente WSN desde una unidad de coordinación WSN, siendo la señal de enlace descendente L TE una señal FOO, dúplex por división en frecuencia, que opera en una determinada banda de frecuencia de enlace descendente L TE Y siendo la señal de enlace descendente WSN una señal TOO, dúplex por división de tiempo, que opera en una determinada banda de frecuencia WSN; filtros para filtrar dichas señales de enlace descendente para su transmisión a través de la infraestructura de cable coaxial, el filtro se realiza de modo que la atenuación de las señales fuera de la correspondiente banda de frecuencia de operación es de al menos 100 dB; un conector a un equipo de cabecera de televisión y radio para recibir la señal de difusión de televisión y radio; un combinador para combinar la señal de difusión de televisión y radio con las señales LTE y/o WSN de enlace descendente, la potencia de las señales se ajusta de modo que la potencia máxima de la señal combinada que va a transmitirse por la red coaxial esté por debajo de la potencia de transmisión máxima permitida por las normativas sobre infraestructura coaxial de televisión; un conector para enviar y recibir señales desde/hacia la infraestructura de cable coaxial; medios de transmisión para transmitir la señal combinada a al menos una unidad denominada unidad de usuario, a través del conector a la infraestructura de cable coaxial, siendo la frecuencia de transmisión de las señales L TE y/o WSN transmitidas a través de la infraestructura de cable coaxial igual a la frecuencia de las señales L TE de enlace descendente y/o WSN de enlace descendente recibidas; medios de recepción para recibir señales L TE de enlace ascendente y/o señales WSN de enlace ascendente desde la al menos una unidad de usuario, por la infraestructura de cable coaxial a través del conector a la infraestructura de cable coaxial; medios de filtrado para filtrar las señales L TE de enlace ascendente y/o las señales WSN de enlace ascendente recibidas desde la unidad de usuario, el filtro se realiza de modo que la atenuación de las señales fuera de la banda de frecuencia operativa es de al menos 100 dB; medios de transmisión para transmitir la señal L TE de enlace ascendente a la estación base L TE a través de la antena L TE o el conector a la antena L TE y/o la señal WSN de enlace ascendente a la unidad de coordinador WSN; al menos un módulo denominado unidad de usuario que comprende: un conector para enviar y recibir señales desde/hacia la infraestructura de cable coaxial; medios de recepción para recibir la señal combinada desde la unidad de cabecera a través del conector a la infraestructura de cable coaxial; un filtro lineal para separar en la señal combinada recibida las señales L TE de enlace descendente y/o WSN de enlace descendente de la señal de difusión de televisión y radio; un conector a una toma de televisión y radio para enviar la señal de difusión a los terminales finales de televisión y radio; una antena L TE o un conector a una antena L TE para difundir de manera inalámbrica la señal L TE a los terminales móviles L TE y/o un nodo terminal WSN o un conector al nodo terminal de red WSN para entregar la señal WSN; medios de recepción para recibir señales L TE de enlace ascendente desde un terminal móvil L TE a través de la antena L TE y/o recibir señales WSN de enlace ascendente desde el nodo terminal WSN, siendo la señal de enlace ascendente L TE una señal FOO, dúplex por división en frecuencia, que opera en una determinada banda de frecuencia de enlace ascendente L TE Y siendo la señal de enlace ascendente WSN una señal TOO, dúplex por división de tiempo, que opera en una determinada banda de frecuencia WSN; medios de transmisión para enviar las señales de enlace ascendente a la unidad de cabecera a través del conector a la infraestructura de cable coaxial, siendo la frecuencia de transmisión de las señales L TE y/o WSN transmitidas a través de la infraestructura de cable coaxial igual a la frecuencia de las señales L TE y/o WSN de enlace ascendente recibidas por los medios de recepción; en el que la banda de frecuencia de enlace descendente L TE en la que operan las señales de enlace descendente FOO L TE es de 2620-2690 MHz, la banda de frecuencia de enlace ascendente en la que operan las

señales de enlace ascendente FOO L TE es de 2500-2570 MHz y la banda de frecuencia WSN en la que operan las señales de enlace descendente y de enlace ascendente TOO WSN es de 2400-2500 MHz.