Sistema de análisis y estimación de cobertura radioeléctrica con cosimulador hardware que contiene una base de datos,

un software de estimación de cobertura y un cosimulador hardware para el cálculo de parámetros de calidad de servicio. El cosimulador hardware comprende a su vez un generador de señal (31), un mezclador de bajada de frecuencia (32), un conversor analógico/digital (33), un procesador digital (34), un conversor digital/analógico (35), un filtro paso bajo (36), un mezclador de subida de frecuencia (37) y un analizador de señal (38).

La invención permite determinar mediante un cosimulador hardware la calidad esperada de un servicio de telecomunicación en una región geográfica o la ausencia de señales interferentes en dicha región y en una banda de frecuencias concreta que posibilite el uso de dicha banda por nuevos servicios.

SISTEMA PARA PREDICCIÓN DE COBERTURA CON COSIMULADOR HARDWARE

SECTOR DE LA TÉCNICA Esta invención se sitúa en el ámbito de la predicción de coberturas de la difusión de señales radioeléctricas y de la emulación de canales de propagación en tiempo real mediante hardware. ESTADO DE LA TÉCNICA

El despliegue de servicios basados en la difusión de ondas radioeléctricas a través de la atmósfera en niveles próximos a la superficie terrestre hace necesaria una planificación que tenga en cuenta las características orográficas de las regiones a servir. Una de las degradaciones más importantes y características de la propagación terrestre es el desvanecimiento por multitrayecto, que depende de la posición relativa entre transmisor y receptor, así como de la presencia y localización de accidentes geográficos u otros elementos donde se pueda producir sombra, reflexión o difracción de la señal.

A la hora de desplegar una red de radiodifusión se hace necesario estimar el grado de cobertura del servicio que se espera alcanzar en una región geográfica en función de parámetros como número y localización de antenas emisoras, diagrama de radiación de las antenas, potencia transmitida y parámetros de modulación. Idealmente, se podrían realizar medidas de campo en todas las localizaciones de interés, pero esto resultaría demasiado lento y costoso. Por ello se recurre a sistemas de predicción de cobertura que analicen las características del terreno y estimen qué nivel de campo radioeléctrico se recibirá en las zonas de interés.

Por otro lado, es útil conocer no sólo la caracterización radioeléctrica del enlace bajo análisis, sino también la de los posibles enlaces interferentes que pueden hacer que se degrade la recepción. Este análisis del entorno radio puede ser utilizado de una manera muy provechosa por los sistemas cognitivos, capaces de adaptar sus parámetros de transmisión y recepción en función de las características del medio radioeléctrico para emitir de la manera más eficiente posible. Uno de los requisitos fundamentales para el funcionamiento de los sistemas cognitivos es que han de ser capaces de detectar si el espectro está siendo desaprovechado y utilizarlo sin provocar interferencias que puedan entorpecer otros enlaces. Para ello se recurre a bases de datos en las que se almacenan las contribuciones de todos los transmisores implicados en la región de cobertura, actualizando su influencia y estimando los niveles de potencia presentes en cada banda de frecuencia. De esta manera, las bases de datos podrán ser consultadas por los dispositivos cognitivos que pretendan hacer uso de algún claro espectral.

Un ejemplo de lo anterior se expone en la patente estadounidense US20090180359, donde se autoriza el uso de aquellos canales que puedan estar libres bajo ciertas restricciones impuestas por los organismos reguladores. A partir de la disposición de los diferentes emisores, junto con sus parámetros técnicos, el sistema permitirá identificar las áreas de seguridad en las que se pueden emplear los diferentes canales libres para nuevos servicios, evitando interferencias sobre los servicios preexistentes.

Hoy en día, las soluciones existentes en el mercado para el análisis y predicción de coberturas dan mayor peso a programas software multi-estándar, con diferentes métodos de cálculo implementados, que a una herramienta completa que además de predecir el campo recibido e interferente en una zona indique parámetros de calidad de servicio, necesarios para una caracterización más completa.

Una posible solución es el uso de un simulador que obtenga las características de propagación entre emisor y receptor para cada punto de interés, basado en modelos matemáticos que caracterizan la propagación de las ondas electromagnéticas tras reflejarse o difractarse sobre los accidentes geográficos extraídos de un mapa digitalizado y a partir de ellas calcule el nivel de calidad de servicio en cada uno de los puntos. Una vez modelado el canal, para determinar el nivel de calidad de la señal recibida, es necesario modular y hacer pasar por dicho canal una señal de referencia, demodularla y calcular los parámetros de calidad de interés como la relación de modulación a error (MER) , la tasa de error de bit (BER) antes de los bloques de corrección de errores o la tasa de error de paquetes (PER) . Aunque todos estos pasos pueden realizarse mediante simulación software, resulta un proceso muy costoso computacionalmente que requiere mucho tiempo.

Una solución alternativa a la simulación software de la propagación de una señal sobre un canal es el uso de un emulador hardware. Un emulador hardware de canal es un dispositivo diseñado para modelar en tiempo real las condiciones de propagación entre un emisor y un receptor, a partir de unos parámetros que definen las características del canal. Este aparato puede emplearse con emisores y receptores físicos y supone un grado de aproximación mayor a una situación real. Su uso es habitual en el diseño y validación de terminales de telefonía móvil y también pueden encontrarse equipos de laboratorio para televisión digital terrestre con esta funcionalidad.

Para emular un canal radio pueden emplearse elementos analógicos, como en la patente española ES2283194 que utiliza elementos electro-ópticos, o en la patente australiana AU2004100834 donde se hace uso de componentes electro-acústicos. Sin embargo lo más habitual es emular el canal de forma digital utilizando un conversor analógico-digital, memoria de retardo, filtros FIR y un conversor digital-analógico, como en la solicitud de patente internacional WO9320626. Sin embargo, en dicho documento se observan ciertas desventajas. Precisa un conversor en cuadratura para bajar la señal de entrada desde una frecuencia intermedia hacia dos señales banda base, requiere procesar en paralelo ambas señales banda base y además necesita un conversor en cuadratura para subir la señal de salida desde dos señales banda base hacia una señal en frecuencia intermedia. Así, el diseño allí propuesto resulta más complejo de implementar que el propuesto en la presente invención, donde todo el procesado se realiza directamente en frecuencia intermedia. En general, los conversores en cuadratura introducen ciertas distorsiones por jitter de fase, así como desequilibrado entre las componentes en fase y en cuadratura, especialmente si se realizan con componentes analógicos, como en el caso de WO9320626. Estas distorsiones son nocivas en un emulador de canal, ya que degradan la respuesta equivalente del canal y no sería posible emular situaciones próximas a casos ideales. Esta situación mejora sensiblemente con la presente invención al prescindir de los conversores en cuadratura. Para ello es necesario utilizar técnicas de procesado de señal capaces de alterar la amplitud, retardo y desfase de las señales directamente en frecuencia intermedia, como las descritas en la presente invención. Adicionalmente en la presente invención sólo se requiere un conversor analógico/digital y un conversor digital/analógico, lo que puede constituir un ahorro económico importante respecto al esquema propuesto en WO9320626, donde son necesarios dos conversores de cada tipo.

Dadas las limitaciones de velocidad de cálculo de las herramientas actuales para la estimación de cobertura radioeléctrica, basadas en simuladores software, sería deseable disponer de un cosimulador basado en un emulador hardware de canal, para así obtener las medidas de los parámetros de calidad a una velocidad mucho mayor. Por otra parte, sería ventajoso que dicho emulador hardware fuera capaz de superar las limitaciones y los problemas identificados en sistemas similares. Sería además conveniente que pudiera implementar funciones relacionadas no sólo con el problema de la cobertura sino con la identificación de frecuencias dentro de claros espectrales, ya que ambos problemas están relacionados. En relación con estos objetivos, mencionar por último la ventajosa integración en los cálculos del planteamiento realizado por J. M. Lago, F. Pérez-González en "Analytical Bound on the Error Performance of the DVB-T System in Timeinvariant Channels." Proceedings IEEE International Conference on Communications ICC 2000, New Orleans, LA, USA, Junio 2000.

DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN

El objeto de la presente invención es un sistema para el análisis y predicción de niveles de cobertura. Es también objeto de la presente invención un sistema que alternativamente obtiene la localización de claros espectrales para un área geográfica determinada. El...

1. Sistema de predicción de cobertura radioeléctrica en una zona geográfica caracterizado por que comprende: -unos medios de procesamiento (4, 1) configurados para estimar el modelo de canal definido éste por una pluralidad de señales (rayos) con valores de amplitud (ρ) , retardo (τ) y desfase (σ) obtenidos a partir de un primer y un segundo conjunto de información, siendo el primer conjunto información relativa a una distribución concreta de receptores y transmisores en una zona geográfica y de datos de la orografía de dicha zona y siendo el segundo conjunto información relativa a características particulares sobre los receptores y los transmisores; -un cosimulador hardware (3) acoplado a los medios de procesamiento (4, 1) anteriores, configurado para obtener medidas de calidad de cobertura, que comprende:

- un generador de señal (31) con salida de señal analógica -un convertidor analógico/digital (33) configurado para convertir una señal analógica inicial en una señal digital inicial, -un elemento de procesado digital (34, 63, 631) configurado para manipular dicha señal digital inicial y generar una pluralidad de rayos, siendo los rayos señales digitales, cada una de ellas con valores configurables de amplitud (ρ) , retardo (τ) y desfase (σ) respecto de la señal digital, según el modelo de canal obtenido por los medios de procesamiento (1) , -un sumador (632) que suma la contribución de todos los rayos del modelo de canal, -un convertidor digital/analógico (35) configurado para convertir la señal digital procesada en una señal analógica resultante, -un medidor de señal (38) con entrada analógica y capaz de obtener medidas de calidad relevantes acerca del estándar de comunicaciones bajo estudio.

2. Sistema de acuerdo con la reivindicación 1, donde el cosimulador (3) comprende además un generador digital de ruido aleatorio (633) para variar la relación de nivel de señal frente a ruido del sistema.

3. Sistema según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que el cosimulador (3) comprende además un filtro (36) configurado para eliminar réplicas de la señal.

4. Sistema según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que el cosimulador (3) comprende además: -un mezclador de bajada (32) configurado para bajar la frecuencia de la señal analógica a digitalizar antes de entrar al convertidor analógico/digital (33) ; -un mezclador de subida (37) configurado para subir la frecuencia de la señal analógica tras salir del convertidor digital/analógico (35) o del filtro eliminaréplicas (36) .

5. Sistema según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que el desfase (σ) del cosimulador (3) se realiza utilizando un filtro de Hilbert (6312) .

6. Sistema de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que el primer conjunto de información está almacenada en una base de datos (2) acoplada con los medios de procesamiento (4, 1) .

7. Sistema de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que el primer conjunto de información está basado en un mapa digitalizado en coordenadas UTM (Universal Transverse Mercator) .

8. Sistema de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que el segundo conjunto de información comprende al menos: -diagrama de radiación de las antenas, -potencia transmitida, -parámetros de modulación, -banda de frecuencia, -parámetros de modulación o una combinación de los anteriores.

9. Sistema de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que los indicadores de calidad comprenden al menos: -la relación de modulación a error (MER) media, -la tasa de error de bit (BER) -la tasa de error de paquete (PER) .

10. Sistema de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que la señal generada por los medios de generación de señal (5) está en frecuencia radio, frecuencia intermedia o en banda base.

11. Sistema de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que los medios de tratamiento digital (6, 7) determinan el comportamiento más probable de un canal variando aleatoriamente las fases de las señales, según el método Monte Carlo.

12. Sistema de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que los medios de procesamiento (4, 1) determinan el peor caso de cobertura mediante la suma de las señales interferentes en contrafase respecto a la señal principal.

13. Sistema de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que los medios de procesamiento (4, 1) determinan el mejor caso de cobertura en escenarios de difusión de televisión digital terrestre mediante la cota Lago-Pérez.

14. Sistema de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que los medios de procesamiento (4, 1) determinan las zonas geográficas y frecuencias del espectro libres de interferencias mediante una variación de los cálculos (14) .

OFICINA ESPAÑOLA DE PATENTES Y MARCAS

Nº solicitud: 201031286

ESPAÑA

Fecha de presentación de la solicitud: 26.08.2010

Fecha de prioridad:

INFORME SOBRE EL ESTADO DE LA TECNICA

51 Int. Cl. : H04W16/22 (2009.01)

DOCUMENTOS RELEVANTES

2. 3. párrafos [20 -29]; SOFTWRIGHT, "Terrain Analysis Package (TAP) Radio Propagation Software" <URL://http://web.archive.org/web/20100819115845/http://www.softwright.com/tap6.html?> WO 9320626 A1 (ELEKTROBIT OY ET AL.) 14/10/1993, todo el documento. 1-13 1-13 1-13 Categoría de los documentos citados X: de particular relevancia Y: de particular relevancia combinado con otro/s de la misma categoría A: refleja el estado de la técnica O: referido a divulgación no escrita P: publicado entre la fecha de prioridad y la de presentación de la solicitud E: documento anterior, pero publicado después de la fecha de presentación de la solicitud El presente informe ha sido realizado • para todas las reivindicaciones • para las reivindicaciones nº : Fecha de realización del informe 26.04.2012 Examinador B. Pérez García Página 1/4

INFORME DEL ESTADO DE LA TÉCNICA

Nº de solicitud: 201031286

Documentación mínima buscada (sistema de clasificación seguido de los símbolos de clasificación) H04W, H04Q Bases de datos electrónicas consultadas durante la búsqueda (nombre de la base de datos y, si es posible, términos de búsqueda utilizados) INVENES, EPODOC

Informe del Estado de la Técnica Página 2/4

OPINIÓN ESCRITA

Nº de solicitud: 201031286

Fecha de Realización de la Opinión Escrita: 26.04.2012

Declaración

Se considera que la solicitud cumple con el requisito de aplicación industrial. Este requisito fue evaluado durante la fase de examen formal y técnico de la solicitud (Artículo 31.2 Ley 11/1986) .

Base de la Opinión.

La presente opinión se ha realizado sobre la base de la solicitud de patente tal y como se publica.

Informe del Estado de la Técnica Página 3/4

OPINIÓN ESCRITA

Nº de solicitud: 201031286

1. Documentos considerados.

A continuación se relacionan los documentos pertenecientes al estado de la técnica tomados en consideración para la realización de esta opinión.

2. Declaración motivada según los artículos 29.6 y 29.7 del Reglamento de ejecución de la Ley 11/1986, de 20 de marzo, de Patentes sobre la novedad y la actividad inventiva; citas y explicaciones en apoyo de esta declaración Se considera D01 el documento del estado de la técnica anterior más próximo al objeto de la invención.

Dicho documento D01 describe un método y dispositivo de simulación de un canal radioeléctrico. El dispositivo comprende varias unidades de simulación de canal, cada uno de las cuales se compone a su vez de una unidad de radio frecuencia y un módulo de banda base. El módulo de radio frecuencia se conecta a un transmisor y a un receptor de radiofrecuencia. La señal del transmisor se convierte a banda base al multiplicarla por una señal procedente de un oscilador local; la salida de esta unidad se reenvía al módulo de banda base. Por su parte el módulo de banda base recibe la señal del módulo de RF. Dicha señal se separa en su componente I (en fase) y su componente Q (en cuadratura) . Ambas señales se conectan a un multiplexor al que llegan las señales de las unidades de banda base adyacentes. Las señales multiplexadas son aplicadas a retardadores configurables y posteriormente a filtros FIR. Mediante una unidad de control de simulación se configuran los coeficientes de los filtros FIR y los multiplexores. Las salidas de los filtros FIR se suman a las salidas de los FIR próximos y la suma total se envía a la unidad RF.

D01 detalla un sistema HW para crear un simulador de canal radioeléctrico. Aunque existen ciertas similitudes con la solicitud presentada, cabe destacar diferencias significativas entre ambos documentos. En D01: -No se toma en cuenta la orografía de la zona geográfica que se está analizando. -No existe un medidor de señal que obtenga las medidas de calidad sobre el estándar que se esté analizando. -Se emplean filtros FIR que requieren un cálculo computacional más complejo, como bien se detalla en la descripción de la solicitud.

En resumen, D01 no anula la novedad y actividad inventiva de la solicitud según los Arts. 6 y 8 de la Ley Española de Patentes.

D02 presenta un sistema software que evalúa un sistema radioeléctrico, analizando las características del terreno en cuestión, para entre otras cosas, predecir el grado de cobertura. Para ello, existen diversos módulos que a partir de mapas de la zona geográfica de interés, ubicación y características de los emisores y receptores de la red, etc, y aplicando diversos modelos, simulen el canal para predecir la cobertura del modelo estudiado. Persigue un objetivo similar al de la solicitud, pero realiza toda la simulación por software y no se detallan características del hardware correspondiente. Es otra forma de realización que tampoco afecta a la novedad y actividad inventiva de la solicitud.

En resumen, la solicitud presentada cumple los requisitos de novedad y actividad inventiva establecidos en los Artículos 6 y 8 de la Ley 11/1986.

Informe del Estado de la Técnica Página 4/4