PROCEDIMIENTO Y DISPOSITIVO DE COMUNICACIÓN POR SALTO DE FRECUENCIA.

Procedimiento y dispositivo de comunicación por salto de frecuencia La invención se refiere a un procedimiento de comunicación por salto de frecuencia. Se aplica, por ejemplo, para el acceso de usuarios a una red de comunicación. El principio de la comunicación por salto de frecuencia es transmitir datos (informaciones, de vídeo, vocales,...) sucesivamente sobre una variedad de canales frecuenciales, de manera pseudoaleatoria. En las aplicaciones civiles, esta técnica se puede introducir para tratar especialmente dos problemáticas: - Los desvanecimientos o fading: las señales de radio son propensas a desvanecimientos, que se distribuyen aproximadamente según la ley de Rayleigh. Siendo los desvanecimientos de tipo Rayleigh selectivos en frecuencia, el salto de frecuencia acoplado con codificación de canal y con entrelazado permite promediar los riesgos de perder información. Esta mejora es tanto más necesaria en la medida en que los nudos están en movimiento. - Las interferencias: sin salto de frecuencia, las señales fuertes procedentes de las células vecinas afectan continuamente la comunicación. Con salto de frecuencia aleatorio, las células utilizan secuencias de salto pseudoaleatorias, haciendo de este modo que las interferencias sean aleatorias. En algunas aplicaciones en red, el conjunto de una misma red conoce una ley de salto de frecuencia. Un nudo que llega tardíamente a la red, se sincroniza con los cambios de frecuencia y determina el avance en la secuencia pseudoaleatoria gracias al conocimiento de la ley de salto. Un nudo transmite en el seno de un grado de frecuencia. A cada nuevo grado de frecuencia corresponde una nueva frecuencia. Se prevé un tiempo de guarda al inicio de cada grado para permitir que la cadena de radio sintetice la nueva frecuencia. Este tiempo se liga al rendimiento del sintetizador y a la precisión frecuencia deseada. Típicamente, este tiempo varía entre 200 µs a algunos ms. Algunas arquitecturas de sistema de comunicación aplican dos sintetizadores para ser más rápidas. En el campo de la Defensa y de la Seguridad, el mecanismo de salto de frecuencia se usa para luchar contra la perturbación y reforzar la discreción. Para luchar contra los multitrayectos, se pueden usar diversas técnicas conocidas por el experto en la técnica, por ejemplo las técnicas de igualación, ensanchamiento de espectro, las portadoras múltiples. En la técnica se conoce la utilización de multiplexado ortogonal OFDM para las comunicaciones de salto de frecuencia. Las figuras 1 y 2 representan una modulación multiportadora. La técnica OFDM (en inglés Orthogonal Frequency Division Multiplex) es una modulación multiportadora, es decir compuesta por un conjunto de portadoras ortogonales. La ortogonalidad de la modulación OFDM se efectúa seleccionando frecuencias harmónicas de una frecuencia de base y utilizándolas a lo largo de una duración múltiple del periodo del harmónico de base. En el ejemplo dado en las figuras 2A, 2B, 2C, se utilizan 8 subportadoras (f0, 2f0, 3f0, 4f0, 5f0, 6f0, 7f0, 8f0). Sin embargo, por regla general, se utiliza también la componente continua que es ortogonal a cualquier sinusoide a poco que se integre energía a lo largo de una duración igual o múltiple de un periodo de f0. En este caso, se utiliza la componente continua y los harmónicos f0 a 7f0. Cada uno de estos harmónicos es modulado por una señal a transmitir con una modulación seleccionada entre las modulaciones de fase (BPSK, QPSK, ...) o entre las modulaciones de amplitud (16QAM, 64QAM, 256QAM, ...) Cuanto más eficaces son las modulaciones en densidad de transmisión por Hz usado más importante es la reducción de alcance. Un símbolo transmitido es el conjunto de las informaciones binarias transmitidas a las diferencias portadoras del multiplex OFDM. De este modo, en el ejemplo dado a las figuras 2A, 2B, 2C, el símbolo está constituido por informaciones binarias en las 8 portadoras f0 a 8f0, . Sabiendo que se deducen 1 bit, 2 bits, 4 bits, 6 bits, 8 bits respectivamente a partir de un símbolo en modulaciones BPSK, QPSK, 16QAM, 64QAM, 256QAM, el conjunto de las informaciones transmitidas por un símbolo completo OFDM es por lo tanto, según las modulaciones anteriores mencionadas, de 8, 16, 32 48 o 64 bits. La figura 3 esquematiza un ejemplo de emisor OFDMA (caso general con varios usuarios en el seno de un mismo símbolo). Incluye por ejemplo los siguientes módulos: - un dispositivo 1 de asignación de subportadoras en función de los usuarios con diferentes modulaciones, - vario medios de modulación `adaptativa, 2k, el número de estos medios es por ejemplo igual al número de los usuarios k, - un dispositivo 3 adaptado para hacer pasar del campo frecuencial al campo temporal, 2 - un dispositivo 4 para insertar un tiempo de guarda o prefijo cíclico para evitar los solapamientos de los diferentes multitrayectos, - un dispositivo 5 P/S (Parallel to Serial) - una antena 6 de emisión. ES 2 365 872 T3 La figura 4 representa un ejemplo de arquitectura para un receptor OFDMA. Comprende por ejemplo los siguientes módulos: - una antena de recepción 7, en conexión con un dispositivo S/P 8, - un dispositivo 9 adaptado para suprimir el prefijo cíclico introducido en la emisión, - un dispositivo 10 que permite el paso del campo temporal al campo frecuencia, - un medo 11 adaptado para seleccionar las subportadoras para cada usuario k, - varios dispositivos 12k de desmodulación adaptativa. En algunos estándares, por ejemplo, HIPERLAN2 e IEEE802.16d, el OFDM se usa con un protocolo de acceso del tipo TDMA. Un intervalo de tiempo o time slot TDMA (Time division multiple access) es entonces un número entero de símbolos OFDM. Igualmente es posible usar OFDM para compartir el acceso entre varios usuarios por la técnica de subcanalización (en inglés sub-channelization) o con OFDMA (Ortogonal Frequency Division Multiple Access) donde las N portadoras no están asignadas a un solo usuario. El conjunto de las N portadoras se subdivide en M subconjuntos de portadoras. Los recursos son asignados, subconjunto a subconjunto. Los M usuarios transmiten de manera concurrente en el seno del mismo símbolo OFDM. La figura 5 esquematiza una arquitectura de red de comunicación basada en OFDMA. Esta última necesita una asignación de los recursos entre los diferentes usuarios. Esta asignación depende de la calidad de servicio y del caudal solicitado por cada usuario y del entorno (respuesta del canal para cada usuario, interferencias, ...). En el ejemplo de la figura 5 , k usuarios comunican en el seno de un mismo símbolo OFDM. Los módulos idénticos en las figuras 3, 4 y 5 llevan las mismas referencias. Además de los esquemas de las figuras 3 y 4 relativos respectivamente a un emisor y un receptor, el sistema OFDMA comprende especialmente un módulo 13 de asignación de recursos que recibe las solicitudes de asignación de los diferentes usuarios, una información sobre la potencia máxima necesaria, una información sobre el canal del usuario, y que emite señales hacia el dispositivo de asignación de las subportadoras para los diferentes usuarios, así como hacia los módulos de desmodulación adaptativa. Diferentes algoritmos de asignación de recursos existen en la bibliografía. Estos algoritmos permiten especialmente asignar las subportadoras a los usuarios y determinar el tipo de modulación/codificación para cada una de estas portadoras. Estos algoritmos son determinantes para explotar óptimamente el OFDMA. En efecto, las subportadoras favorables para un usuario, es decir, las que experimentan menos perturbaciones del OFDMA pueden ser no utilizables o al menos menos favorables para otros usuarios. Los algoritmos de asignación de recursos son responsables de aprovechar esta diversidad. El concepto FH_OFDMA (o Frequency Hopping OFDMA) es conocido en la técnica anterior (Hilmet Sari 1997 Orthogonal frequency-division multiple access with frequency hopping and diversity) in Multi-carrier Spread- Spectrum, K. Fazel and G.P. Fettweiss, Eds. Kluwer Academic Publishers, 1997, pp 57-68) en el caso en que el canal de transmisión no es conocido. Al poder contener un canal portadoras inutilizables a causa de inteferencias, se asigna a cada usuario una secuencia de portadora en lugar de una portadora en particular. La secuencia utilizada es en general incremental. El ensanchamiento de espectro se hace tradicionalmente introduciendo al nivel de la radio un sintetizador de sintonización rápida, del orden de 100 a 150 µs, para saltar a un gran ancho de banda. El salto de frecuencia se aplica para proteger la sincronización de los nudos entre sí. En el caso de una sincronización (temporal/freuencial) que utiliza señales dedicadas (caso de los preámbulos corto y largo del 802.16), se puede aplicar una protección de sincronización mediante una secuencia de señales seleccionados de manera... [Seguir leyendo]

1.- Procedimiento de comunicación en el cual los datos circulan por soportes frecuenciales variables a lo largo del tiempo, definiéndose un soporte frecuencial como un par de subconjunto de portadoras en un canal de un conjunto de canales frecuenciales (RF); procediendo la elección de los soportes frecuenciales de una selección pseudoaleatoria y se caracteriza porque se combinan dos leyes de salto pseudoaleatorias independientes, adaptándose la primera al salto de canal y la segunda al salto de subcanales. 2.- Procedimiento según la reivindicación 1, que corresponde a un caso de acceso multiusuarios centralizado en el cual un punto central transmite flujos de informaciones diferentes hacia uno o varios abonados caracterizado porque incluye al menos las siguientes etapas: Al nivel de la capa UMAC, (Upper MAC) antes del inicio de cada trama o de un grupo de tramas: Preparación de los diferentes emplazamientos de frecuencia a usar para cada símbolo (i = 1, I) en cada canal utilizado en las siguientes tramas k, k+1, ..., k+N (N entero) para la transmisión entre el punto central y el primer abonado A: - Par(nb,ns)A,n,i = selección(n,i) - para n : variando nº de trama de k a k+N - para i : variando nº de símbolo de 1 a I - con nb = número de la banda a usar - ns = número de la subbanda a usar. Preparación de los diferentes emplazamiento de frecuencia a usar para cada símbolos (i = 1, I) en cada canal usado en las siguientes tramas k, k+1, ..., k+N para la transmisión entre el punto central y el abonado B - nbB,n,i = nb - nsB,n,i = (nsA, n, i + 1) módulo NS - con NS : número de subbandas disponibles en un canal. Estos índices representan bien valores físicos, bien valores lógicos cuyos valores dianas físicos son conocidos mediante una tabla de correspondencia, los índices físicos de subbandas utilizados son consecutivos de modulo NS. En el punto central, preparando los diferentes símbolos (i=,,1) para usarlos en las diferentes tramas k, k+1,..., k+N con respecto a los diferentes abonados A, B, C, D,: Canales, emplazamientos de frecuencia respectivos en el canal, información respectiva transferida a estos emplazamientos de frecuencia. En cada nudo, transferir el conjunto de canales, los emplazamientos de frecuencia y los símbolos para la sección LMAC (MAC bajo) y al modem (capa PHY). Al nivel LMAC, antes del inicio de cada trama Aplicación al sintetizador RF del número de canal deseado para la trama que viene. Al nivel LMAC, justo antes de cada símbolo a transmitir: En el punto central, envío a la capa PHY de las informaciones binarias a transmitir a los emplazamientos frecuenciales respectivos para la fabricación por la capa PHY del símbolo a transmitir. La parte de recepción es totalmente recíproca. ES 2 365 872 T3 3.- Procedimiento según la reivindicación 1, que corresponde a un caso multiusuario con un solo usuario por banda, caracterizado porque incluye al menos las siguientes etapas, siendo los nudos A y , C, D, considerados en sincronización temporal en las partes LMAC y UMAC: Al nivel UMAC de los nudos A y B, antes del inicio de cada trama o de un GRUPO de tramas: Preparación de los diferentes emplazamientos de frecuencia a usar para cada símbolo (i = 1, I) en cada canal utilizado en las siguientes tramas k, k+1, ..., k+N (pudiendo N valer, según la anticipación buscada, 1 a 4) para la transmisión entre el abonado A y el abonado B: - Par (nb,ns)A,n,i = selección_1(n,i) - para n : variando nº de trama de k a k+N - para i : variando nº de símbolo de 1 a I - con nbA,n,i = número de la banda a usar en la trama n - nsA,n,i = número de la subbanda a usar en el intervalo i de la trama n. Al nivel UMAC de los nudos C y D antes del inicio de cada trama o de un GRUPO de tramas: Preparación de los diferentes emplazamientos de frecuencia a usar para cada símbolo (i = 1, I) en cada canal utilizado en las siguientes tramas k, k+1, ..., k+N para la transmisión entre el abonado C y el abonado D: - Par (nb,ns)C,n,i = selección_2(n,i) - para n : variando nº de trama de k a k+N - para i : variando nº de símbolo de 1 a I ES 2 365 872 T3 - con nbC,n,i = número de la banda a usar en la trama n - nsC,n,i = número de la subbanda a usar en el intervalo i de la trama n. - Función selección_2 ortogonal a la función selección_1 Al nivel UMAC del nudo A (respectivamente B), antes del inicio de cada trama o de un GRUPO de tramas: Preparación de los diferentes símbolos (i = 1, I) a enviar (respectivamente recibir) en las siguientes tramas k, k + 1, ..., k+N hacia el abonado B (respectivamente del abonado A): canal, emplazamiento de frecuencia en el canal, informaciones a transmitir al emplazamiento frecuencial de cada símbolo sucesivo considerado, Envío del conjunto de los canales, de los emplazamientos de frecuencia, de los símbolos a la parte LMAC (respectivamente recepción de los símbolos). Al nivel UMAC del nudo C (respectivamente D), antes del inicio de cada trama o de un GRUPO de tramas: Preparación de los diferentes símbolos (i = 1, I) a enviar (respectivamente recibir) en las siguientes tramas k, k + 1, ..., k+N hacia el abonado D (respectivamente del abonado C): canal, emplazamiento de frecuencia en el canal, informaciones a transmitir al emplazamiento frecuencial de cada símbolo sucesivo considerado, Envío del conjunto de los canales, de los emplazamientos de frecuencia, de los símbolos a la parte LMAC (respectivamente recepción de los símbolos). Al nivel LMAC para todos los nudos, antes del inicio de cada trama: Aplicación al sintetizador RF del número de canal deseado para la trama que viene. Al nivel LMAC, justo antes de cada símbolo transmitido (respectivamente al final de cada símbolo recibido): Envío a (respectivamente recepción de) la capa PHY de las informaciones binarias a transmitir (respectivamente a recibir) en los emplazamientos frecuenciales respectivos para la fabricación por la capa PHY del símbolo a transmitir/recibir. 4.- Procedimiento según la reivindicación 1, que corresponde a un caso multiusuarios generalizado, caracterizado porque incluye al menos las siguientes etapas Al nivel UMAC de todos los nudos, antes del inicio de cada trama o de un GRUPO de tramas: Preparación de los diferentes emplazamientos de frecuencia a usar para cada símbolo (i = 1, I) en cada canal usado en las siguientes tramas k, k + 1, ..., k+N (pudiendo N valer, según la anticipación buscada, 1 a 4) para a transmisión entre el abonado A y el abonado B: 11 - Par (nb,ns)A,n,i = selección_1(n,i) - para n : variando nº de trama de k a k+N - para i : variando nº de símbolo de 1 a I - con nbA,n,i = número de la banda a usar en la trama n - nsA,n,i = número de la subbanda a usar en el intervalo i de la trama n. Al nivel UMAC de los nudos C y D, antes del inicio de cada trama o de un GRUPO de tramas: Preparación de los diferentes emplazamientos de frecuencia a usar para cada símbolo (i = 1, I) en cada canal usado en las siguientes tramas k, k + 1, ..., k+N para a transmisión entre el abonado C y el abonado D: - Par (nb,ns)C,n,i = selección_1bis(n,i) - para n : variando nº de trama de k a k+N - para i : variando nº de símbolo de 1 a I - con nbC,n,i = número de la banda a usar en la trama n - nsC,n,i = número de la subbanda a usar en el intervalo i de la trama n. - Función selección_1 bis ortogonal a la función selección_1 para la selección de los intervalos en el canal actual, siendo los canales seleccionados idénticos entre las dos funciones. Idem para la preparación de los emplazamientos de frecuencia a usar para las transmisiones entre los abonados E y F por una parte y G y H por otra parte pero utilizando las funciones de selección_2 y selección_2bis, Idem para la preparación de los emplazamientos de frecuencia a usar para las transmisiones entre los abonados 1 y J por una parte y K y L por otra parte pero utilizando las funciones de selección_3 y selección_3bis. Al nivel UMAC del nudo A, antes del inicio de cada trama o de un GRUPO de tramas: Preparación de los diferentes símbolos (i = 1, I) a enviar en las siguientes tramas k, k + 1, ..., k+N hacia el abonado B: canal, emplazamiento de frecuencia en el canal, informaciones a transmitir al emplazamiento frecuencial de cada símbolo sucesivo considerado, Envío del conjunto de los canales, de los emplazamientos de frecuencia, de los símbolos a la parte LMAC. Al nivel UMAC del nudo C, antes del inicio de cada trama o de un GRUPO de tramas: Preparación de los diferentes símbolos (i = 1, I) a enviar en las siguientes tramas k, k + 1, ..., k+N hacia el abonado D: canal, emplazamiento de frecuencia en el canal, informaciones a transmitir al emplazamiento frecuencial de cada símbolo sucesivo considerado, Envío del conjunto de los canales, de los emplazamientos de frecuencia, de los símbolos a la parte LMAC. Al nivel LMAC para todos los nudos, antes del inicio de cada trama: Aplicación LMAC al sintetizador RF del número de canal deseado para la trama que viene. Al nivel LMAC, para todos los nudos emisores justo antes de cada símbolo a transmitir: Envío a la capa PHY de las informaciones binarias a transmitir a los emplazamientos frecuenciales respectivos para la fabricación por la capa PHY del símbolo a transmitir. siendo la parte de recepción totalmente recíproca. ES 2 365 872 T3 5.- Utilización del procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4 para las transmisiones que aplican el protocolo 802.16 12 ES 2 365 872 T3 13 ES 2 365 872 T3 14 ES 2 365 872 T3 ES 2 365 872 T3 16 ES 2 365 872 T3 17 ES 2 365 872 T3 18 ES 2 365 872 T3 19 ES 2 365 872 T3 ES 2 365 872 T3 21 ES 2 365 872 T3 22 ES 2 365 872 T3 23