Sistema de comunicaciones por satélite en túneles.

Un sistema de comunicaciones por satélite para extender las comunicaciones entre un vehículo (1) y un satélite en una zona (2) de no visibilidad del satélite,

que comprende un sistema de transceptor fijo y un sistema de transceptor móvil;

comprendiendo el sistema de transceptor fijo una antena satélite fija (11) situada fuera de la zona (2) de no visibilidad del satélite, y al menos una antena enterrada fija (12) acoplada con la antena satélite fija (11) y situada en la zona (2) de no visibilidad del satélite;

estando el sistema de transceptor fijo configurado para:

- recibir a través de la antena satélite fija (11) señales de enlace de bajada transmitidas por el satélite en al menos una frecuencia portadora de enlace de bajada; y

- transmitir las señales de enlace de bajada recibidas en al menos una frecuencia portadora de enlace de bajada en la zona (2) de no visibilidad del satélite a través de la, al menos, una antena enterrada fija (12);

estando el sistema de transceptor móvil instalado en el vehículo (1) y comprendiendo:

- una antena satélite móvil (14), que está configurada para recibir las señales de enlace de bajada transmitidas por el satélite en la, al menos, una frecuencia portadora de enlace de bajada, y está configurada adicionalmente para transmitir señales de enlace de subida en al menos una frecuencia portadora de enlace de subida;

- un primer convertidor (211), que está acoplado con la antena satélite móvil (14), está configurado para hacer descender de la radiofrecuencia (RF) a la banda base (BB) las señales de enlace de bajada recibidas por la antena satélite móvil (14), y está configurado adicionalmente para hacer ascender de la base de banda (BB) a la radiofrecuencia las señales de enlace de subida que se van a transmitir por la antena satélite móvil (14).

Sistema de comunicaciones por satélite en túneles.

CAMPO TÉCNICO DE LA INVENCIÓN

La presente invención, en general, se refiere a un sistema que permite comunicaciones con un satélite incluso en zonas de no visibilidad del satélite y, en particular, a un sistema que se extiende a una señal de banda ancha procedente de un satélite en túneles de cualquier longitud, permite comunicaciones de radio bidireccionales entre el satélite y un vehículo en movimiento que atraviesa dichos túneles y, por lo tanto, garantiza la continuidad de la transmisión y la recepción incluso en ausencia de visibilidad del satélite.

En general, la presente invención puede aprovecharse ventajosamente para garantizar la conectividad de banda ancha para vehículos ferroviarios en túneles ferroviarios.

En particular, la presente invención encuentra una aplicación ventajosa, aunque no exclusiva, en el campo de los servicios de comunicaciones de banda ancha basados en Protocolo de Internet (IP) e instalados en trenes de alta velocidad.

En cualquier caso, la presente invención puede aplicarse ventajosamente para garantizar el aprovechamiento también de otros tipos de servicios, tales como, por ejemplo, servicios de navegación por satélite o servicios vinculados a la seguridad en el sector ferroviario, resolviendo, también para dicho tipo de servicios, los problemas relacionados con la discontinuidad del servicio debido a la presencia de túneles.

TÉCNICA ANTERIOR

En muchos países, tales como, por ejemplo, Italia, Francia y Alemania, existen actualmente diferentes actividades de desarrollo de servicios de comunicación por satélite de banda ancha basados en IP para trenes de alta velocidad. De hecho, se espera que estos servicios se conviertan pronto en una característica específica tanto de trenes de alta velocidad como de los tradicionales.

Los ejemplos de servicios que pueden aprovecharse por medio de un sistema de comunicaciones por satélite de un tren pueden ser:

- servicios basados en tecnología de Voz por IP (VoIP) ;

- servicios de videovigilancia;

- uso de video en corriente continua, por ejemplo a la carta;

- televisión digital, por ejemplo de acuerdo con el estándar de Difusión de Video Digital por Satélite o de Difusión de Video Digital a Dispositivos Portátiles (DVB-S, Digital Video Broadcasting-Satellite, o DVB-H, Digital Video Broadcasting-Handheld) ;

- navegación por Internet;

-consultas por correo electrónico;

-servicios de mensajería instantánea (IM, Instant Messaging) ;

- consulta de ficheros electrónicos y/o bases de datos; y

- servicios basados en protocolo de transferencia de ficheros (FTP, File Transfer Protocol) .

Como se sabe, en las redes ferroviarias actuales de muchos países, tales como, por ejemplo, Italia, pueden encontrarse diversos obstáculos que impiden la visibilidad de los satélites y que por lo tanto pueden causar la discontinuidad de los servicios de comunicación por satélite a bordo de los trenes.

En particular, cuando un tren atraviesa un túnel ferroviario hay una interrupción completa de la conexión directa trensatélite.

Con el fin de resolver el problema anterior, se conoce el uso de sistema que extienden las señales sateliales en los túneles ferroviarios.

Un sistema del tipo que se ha mencionado anteriormente se describe en el documento JP2001230718.

En particular, el documento JP2001230718 propone un sistema de comunicaciones por satélite para zonas en las que la recepción de la señal satelial es débil, basándose el sistema en el uso de un aparato receptor satelial y un aparato transmisor, que se conectan por medio de un cable coaxial. Dicho sistema de comunicaciones por satélite soporta únicamente comunicaciones unidireccionales, es decir, las basadas en señales de tipo difusión, y no proporciona soluciones al problema de configuración de terminales móviles que deben operar en este contexto. Además, el documento JP2001230718 no propone soluciones para el cambio entre el canal de radio satelial y el canal de radio retransmitido por el sistema de comunicaciones por satélite.

También pueden hacerse consideraciones similares con respecto a la solicitud de patente JP2001308765, que propone una solución para la extensión de una señal satelial de tipo difusión por medio de un sistema de comunicaciones formado por una antena receptora satelial situada fuera del túnel y una pluralidad de unidades radiotransmisoras dentro del túnel conectadas por fibra óptica.

Se describe una solución adicional para retransmitir señales que proceden de un satélite a terminales móviles que están situados en zonas de no visibilidad del satélite en el documento WO2007113861.

En particular, el documento WO2007113861 describe un sistema que comprende un terminal fijo para la iluminación de un túnel conectado a una estación satélite fija, y un terminal móvil instalado en un tren y conectado a un terminal satélite móvil. En el enlace del satélite al tren, la estación satélite fija externa recibe la señal satelial transmitida por el satélite y dirigida al tren, y la retransmite en el túnel a través del terminal fijo. En el enlace del tren al satélite, el terminal fijo recibe la señal transmitida por el tren y dirigida al satélite, y la retransmite fuera del túnel por medio de la estación satélite fija externa.

Además, una vez más de acuerdo con la invención descrita en el documento WO2007113861, el tren está equipado con un aparato transceptor conectado al terminal satélite móvil que permite el intercambio de señales directamente con el satélite en los periodos en los que hay visibilidad entre el tren y el satélite, es decir, cuando el tren transcurre en espacios abiertos en los que no hay obstáculos presentes. Cuando el tren sale de una zona de visibilidad del satélite y entra en un túnel, el sistema realiza de forma automática un cambio entre el canal satelial y el canal de radio disponible en el túnel, que lleva la misma señal satelial pero en una frecuencia portadora diferente. De forma similar, cuando el tren sale del túnel y entra en una zona de visibilidad del satélite, el sistema realiza automáticamente un cambio entre el canal de radio disponible en el túnel y el canal satelial. El cambio entre canales se realiza de acuerdo con una lógica que procesa la información sobre la calidad de los canales y decide cuál de los dos canales usar.

En el sistema propuesto en el documento WO200711386, las frecuencias portadoras del canal satelial y del canal de radio en el túnel en la dirección satélite-túnel, es decir, en enlace de bajada, se vinculan entre sí por una primera relación de conversión de frecuencia definida. De forma análoga, las frecuencias portadoras del canal satelial y del canal de radio en el túnel en la dirección tren-satélite, es decir, en enlace de subida, se vinculan entre sí por una segunda relación de conversión de frecuencia definida.

La conversiones de frecuencia portadora que las señales sateliales experimentan tanto en enlace de bajada como en enlace de subida, hacen que el sistema propuesto en el documento WO2007113861 sea algo complejo y, por lo tanto, bastante costoso de implementar.

La solicitud de patente Europea EP1861730 presentada a nombre del Solicitante, describe un sistema para la extensión en túneles ferroviarios de las señales de navegación por satélite, tales como, por ejemplo, señales GPS (sistema de posicionamiento global, Global Positioning System) , GLONASS o Galileo. Dicho sistema comprende una antena situada fuera de un túnel, configurada para recibir las señales de navegación por satélite y conectada a una pluralidad de repetidores instalados en el interior del túnel. La antena externa recibe las señales de navegación por satélite y las suministra a los repetidores que las retransmiten dentro del túnel.

Además, Ryu y col. describen en el artículo "The Gap Filler technology for Mobile Satellite System", Advanced Satellite Mobile Systems, 2008, ASMS 2008, 4ª, IEEE, PSICATAWAY, NJ, Estados Unidos, 26 de agosto de 2008, páginas 33-36, una tecnología de antena complementaria para extender la cobertura del servicio satelial en zonas sin línea de vista (NLOS, Non Line-Of-Sight) usando conversión de frecuencia y amplificación de señal.

Además, el documento WO 2008/069438 desvela un procedimiento y un aparato para recibir datos de comunicación usando una red de comunicaciones por satélite y un red de comunicación móvil, incluyendo dicho procedimiento:

- recibir una señal de datos sobre una red de comunicaciones por satélite;

- recibir la señal de datos sobre... [Seguir leyendo]

1. Un sistema de comunicaciones por satélite para extender las comunicaciones entre un vehículo (1) y un satélite en una zona (2) de no visibilidad del satélite, que comprende un sistema de transceptor fijo y un sistema de transceptor móvil;

comprendiendo el sistema de transceptor fijo una antena satélite fija (11) situada fuera de la zona (2) de no visibilidad del satélite, y al menos una antena enterrada fija (12) acoplada con la antena satélite fija (11) y situada en la zona (2) de no visibilidad del satélite;

estando el sistema de transceptor fijo configurado para:

- recibir a través de la antena satélite fija (11) señales de enlace de bajada transmitidas por el satélite en al menos una frecuencia portadora de enlace de bajada; y

- transmitir las señales de enlace de bajada recibidas en al menos una frecuencia portadora de enlace de bajada en la zona (2) de no visibilidad del satélite a través de la, al menos, una antena enterrada fija (12) ;

estando el sistema de transceptor móvil instalado en el vehículo (1) y comprendiendo:

- una antena satélite móvil (14) , que está configurada para recibir las señales de enlace de bajada transmitidas por el satélite en la, al menos, una frecuencia portadora de enlace de bajada, y está configurada adicionalmente para transmitir señales de enlace de subida en al menos una frecuencia portadora de enlace de subida;

- un primer convertidor (211) , que está acoplado con la antena satélite móvil (14) , está configurado para hacer descender de la radiofrecuencia (RF) a la banda base (BB) las señales de enlace de bajada recibidas por la antena satélite móvil (14) , y está configurado adicionalmente para hacer ascender de la base de banda (BB) a la radiofrecuencia las señales de enlace de subida que se van a transmitir por la antena satélite móvil (14) ;

- un primer módem (212) , que está acoplado con el primer convertidor (211) , está configurado para desmodular las señales de enlace de bajada recibidas por la antena satélite móvil (14) y que se han hecho descender hasta la banda base (BB) por el primer convertidor (211) , y está configurado adicionalmente para modular las señales de enlace de subida que se van a hacer ascender a la radiofrecuencia (RF) por el primer convertidor (211) y que se van a transmitir por la antena satélite móvil (14) ;

- un primer módulo de análisis (213) , que está acoplado con el primer módem (212) , y está configurado para calcular una primera tasa de bits erróneos (BERS) en base a las señales de enlace de bajada recibidas por la antena satélite móvil (14) , descendidas a la banda base (BB) por el primer convertidor (211) y desmoduladas por el primer módem (212) ;

-una antena enterrada móvil (13) , que está configurada para recibir las señales de enlace de bajada transmitidas en la, al menos, una frecuencia portadora de enlace de bajada por el sistema de transceptor fijo a través de la, al menos, una antena enterrada fija (12) , y está configurada adicionalmente para transmitir señales de enlace de subida en la, al menos, una frecuencia portadora de enlace de subida;

- un segundo convertidor (221) , que está acoplado con la antena enterrada móvil (13) , está configurado para hacer descender de la radiofrecuencia (RF) a la banda base (BB) las señales de enlace de bajada recibidas por la antena enterrada móvil (13) , y está configurado adicionalmente para hacer ascender de la base de banda (BB) a la radiofrecuencia (RF) las señales de enlace de subida que se van a transmitir por la antena enterrada móvil (13) ;

- un segundo módem (222) , que está acoplado con el segundo convertidor (221) , está configurado para desmodular las señales de enlace de bajada recibidas por la antena enterrada móvil (13) y que se han hecho descender hasta la banda base (BB) por el segundo convertidor (221) , y está configurado adicionalmente para modular las señales de enlace de subida que se van a hacer ascender a la radiofrecuencia (RF) por el segundo convertidor (221) y que se van a transmitir por la antena enterrada móvil (13) ;

- un segundo módulo de análisis (223) , que está acoplado con el segundo módem (222) , y está configurado para calcular una segunda tasa de bits erróneos (BERT) en base a las señales de enlace de bajada recibidas por la antena enterrada móvil (13) , descendidas a la banda base (BB) por el segundo convertidor

(221) y desmoduladas por el segundo módem (222) ;

- una antena de navegación por satélite móvil (231) configurada para recibir señales de navegación por satélite;

- un receptor de navegación por satélite (232) , que está acoplado con la antena de navegación por satélite móvil (231) , y está configurado para calcular una posición del vehículo (1) en base a las señales de navegación por satélite recibidas por la antena de navegación por satélite móvil (231) ;

- un tercer módulo de análisis (233) , que está acoplado con el receptor de navegación por satélite (232) , y está configurado para detectar si no se recibe una señal de navegación por satélite por la antena de navegación por satélite móvil (231) ; y

- un conmutador (24) , que está acoplado con el primer módem (212) , con el primer módulo de análisis (213) , con el segundo módem (222) , con el segundo módulo de análisis (223) , con el tercer módulo de análisis (233) , y con una red de comunicación interna (25) del vehículo (1) ; estando dicho conmutador (24) configurado para

- determinar que el vehículo (1) está en una zona de visibilidad del satélite si la segunda tasa de bits erróneos calculada (BERT) es superior a la primera tasa de bits erróneos calculada (BERT) .

- si el vehículo (1) está en una zona de visibilidad del satélite, enviar a la red de comunicación interna (25) las señales de enlace de bajada recibidas por la antena satélite móvil (14) , descendidas a la banda base (BB) por el primer convertidor (211) y desmoduladas por el primer módem (212) , y enviar al primer módem (212) las señales de enlace de subida recibidas de la red de comunicación interna (25) de manera que dichas señales de enlace de subida recibidas de la red de comunicación interna (25) sean moduladas por el primer módem (212) , ascendidas a la radiofrecuencia (RF) por el primer convertidor (211) y transmitidas por la antena satélite móvil (14) ,

- determinar que el vehículo (1) está en la zona (2) de no visibilidad del satélite si la segunda tasa de bits erróneos calculada (BERT) es inferior a la primera tasa de bits erróneos calculada (BERS) y no se recibe una señal de navegación por satélite por la antena de navegación por satélite móvil (231) , y,

- si el vehículo (1) está en la zona (2) de no visibilidad del satélite, enviar a la red de comunicación interna (25) las señales de enlace de bajada recibidas por la antena enterrada móvil (13) , descendidas a la banda base (BB) por el segundo convertidor (221) y desmoduladas por el segundo módem (222) , y enviar al segundo módem (222) las señales de enlace de subida recibidas de la red de comunicación interna (25) de manera que dichas señales de enlace de subida recibidas de la red de comunicación interna (25) sean moduladas por el segundo módem (222) , ascendidas a la radiofrecuencia (RF) por el segundo convertidor (221) y transmitidas por la antena enterrada móvil (13) ;

estando el sistema de transceptor fijo configurado adicionalmente para:

- recibir a través de la, al menos, una antena enterrada fija (12) las señales de enlace de subida transmitidas por la antena enterrada móvil (13) del sistema de transceptor móvil en la, al menos, una frecuencia portadora de enlace de subida; y

- transmitir las señales de enlace de subida recibidas al satélite en la, al menos, una frecuencia portadora de enlace de subida a través de la antena satélite fija (11) .

2. El sistema de comunicaciones por satélite de la reivindicación 1, en el que la zona (2) de no visibilidad del satélite es un túnel.

3. El sistema de comunicaciones por satélite de la reivindicación 2, en el que el sistema de transceptor fijo comprende una pluralidad de antenas enterradas fijas (12) acopladas con la antena satélite fija (11) y situadas en diferentes posiciones dentro del túnel (2) para cubrir toda la longitud del túnel (2) .

4. El sistema de comunicaciones por satélite de acuerdo con la reivindicación 2 ó 3, en el que el vehículo

(1) es un tren.

5. El sistema de comunicaciones por satélite de acuerdo con cualquier reivindicación anterior, en el que la antena satélite fija (11) es una antena direccional situada fuera de la zona (2) de no visibilidad del satélite para que esté alineada con el satélite, en el que cada antena enterrada fija (12) es una antena no direccional, en el que la antena enterrada móvil (13) es una antena no direccional, y en el que la antena satélite móvil (14) es una antena direccional instalada en el vehículo (1) para que esté alineada con el satélite.

6. El sistema de comunicaciones por satélite de acuerdo con cualquier reivindicación anterior, en el que el sistema de transceptor fijo comprende adicionalmente:

- un primer sistema electro-óptico de distribución/adquisición de señal (15) acoplado con la antena satélite fija (11) ; y,

- para cada antena enterrada fija (12) , un segundo sistema electro-óptico de distribución/adquisición de señal respectivo (16) ;

en el que el primer sistema electro-óptico de distribución/adquisición de señal (15) está acoplado con cada segundo sistema electro-óptico de distribución/adquisición de señal (16) por medio de al menos una conexión de fibra óptica.

7. El sistema de comunicaciones por satélite de la reivindicación 6, en el que el primer sistema electroóptico de distribución/adquisición de señal (15) comprende:

- un primer duplexor (151) acoplado con la antena satélite fija (11) ;

- un primer amplificador de nivel bajo de ruidos (152) conectado por medio de un cable coaxial al primer duplexor (151) ;

- un primer amplificador de potencia (153) conectado por medio de un cable coaxial al primer duplexor (151) ;

-un primer convertidor electro-óptico bidireccional (154) conectado por medio de un cable coaxial al primer amplificador de nivel bajo de ruidos (152) y al primer amplificador de potencia (153) ;

- un combinador óptico (155) conectado mediante fibra óptica al primer convertidor electro-óptico (154) ; y

- un desfasador óptico (156) conectado mediante fibra óptica al primer convertidor electro-óptico (154) .

8. El sistema de comunicaciones por satélite de acuerdo con la reivindicación 6 ó 7, en el que cada segundo sistema electro-óptico de distribución/adquisición de señal (16) comprende:

- un segundo duplexor respectivo (161) acoplado con la antena enterrada fija respectiva (12) ;

- un segundo amplificador de nivel bajo de ruidos respectivo (162) conectado por medio de un cable coaxial al segundo duplexor respectivo (161) ;

- un segundo amplificador de potencia respectivo (163) conectado por medio de un cable coaxial al segundo duplexor respectivo (161) ; y

- un segundo convertidor electro-óptico bidireccional respectivo (164) conectado por medio de un cable coaxial al segundo amplificador de nivel bajo de ruidos respectivo (162) y al segundo amplificador de potencia respectivo (163) .

9. El sistema de comunicaciones por satélite de acuerdo con cualquier reivindicación anterior, en el que el sistema de transceptor fijo está configurado adicionalmente para:

- encenderse automáticamente si está apagado y un vehículo (1) está a punto de entrar en la zona (2) de no visibilidad del satélite; y

- apagarse automáticamente si un vehículo (1) sale de la zona (2) de no visibilidad del satélite y no hay otro vehículo (1) en la zona (2) de no visibilidad del satélite.

10. El sistema de comunicaciones por satélite de acuerdo con cualquier reivindicación anterior, que comprende adicionalmente:

- al menos un detector (40) , que está instalado fuera de la zona (2) de no visibilidad del satélite, y está configurado para:

- detectar si un vehículo (1) está a punto de entrar en la zona (2) de no visibilidad del satélite, y

- detectar si un vehículo (1) ha salido de la zona (2) de no visibilidad del satélite; y

- una unidad de control de encendido/apagado, que está acoplada con el sistema de transceptor fijo y con el al menos un detector (40) , y está configurada para

- encender el sistema de transceptor fijo si está apagado y el al menos un detector (40) detecta que un vehículo (1) está a punto de entrar en la zona (2) de no visibilidad del satélite, y

- apagar el sistema de transceptor fijo si el al menos un detector (40) detecta que un vehículo (1) ha salido de la zona (2) de no visibilidad del satélite y no hay otro vehículo (1) en la zona (2) de no visibilidad del satélite.

11. El sistema de comunicaciones por satélite de acuerdo con cualquier reivindicación anterior, en el que el sistema de transceptor fijo está acoplado con un centro de control a distancia y está configurado para encenderse y apagarse por dicho centro de control a distancia, que está configurado para:

- supervisar vehículos (1) en movimiento;

- determinar si un vehículo supervisado (1) está a punto de entrar en la zona (2) de no visibilidad del satélite;

- determinar si un vehículo supervisado (1) ha salido de la zona (2) de no visibilidad del satélite;

-encender el sistema de transceptor fijo si está apagado y un vehículo supervisado (1) está a punto de entrar en la zona (2) de no visibilidad del satélite; y

- apagar el sistema de transceptor fijo si un vehículo supervisado (1) ha salido de la zona (2) de no visibilidad del satélite y no hay otro vehículo supervisado (1) en la zona (2) de no visibilidad del satélite.

12. Un sistema transceptor para extender las comunicaciones entre un vehículo (1) y un satélite en una zona (2) de no visibilidad del satélite, configurado como el sistema de transceptor fijo del sistema de comunicaciones por satélite que se ha reivindicado en cualquier reivindicación anterior.

13. Un sistema transceptor para extender las comunicaciones entre un vehículo (1) y un satélite en una zona (2) de no visibilidad del satélite, configurado como el sistema de transceptor móvil del sistema de 15 comunicaciones por satélite que se ha reivindicado en cualquier reivindicación 1-11.