MÉTODO DE CANCELACIÓN DE RUIDO IMPULSIVO EN SISTEMAS POWER LINE COMMUNICATIONS (PLC) MEDIANTE PROCESADO DE LAS PORTADORAS LIBRES DE TRANSMISIÓN.

Los sistemas de comunicación a través de las líneas de alimentación eléctrica,

denominados Power Line Communications (PLC) suelen dejar sin transmisión de potencia ciertas portadoras o porciones del espectro para respetar posibles interferencias con otros servicios de comunicación por radio, como por ejemplo radioaficionados. Este método de cancelación de ruido impulsivo para sistemas PLC consiste en procesar estas portadoras libres en el receptor, para averiguar la amplitud y fase de los pulsos de ruido impulsivo cuando éstos aparezcan en las líneas de transmisión y poder proceder de esta manera a su cancelación.

Método de cancelación de ruido impulsivo en sistemas Power Line Communications (PLC) mediante procesado de las portadoras libres de transmisión Sector de la técnica Este método encuentra aplicación en el sector de las telecomunicaciones. Más concretamente en lo relativo a los sistemas de transmisión y recepción de señales por línea. Entre éstos, en aquellos con sistema de modulación y transmisión digital. Y en especial, aquellos con modulación de tipo multitono como Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM) . La aplicación principal es para sistemas de comunicación por línea eléctrica de alimentación, llamados Power Line Cornmunications (PLC) que están reglamentados por normas de carácter internacional como la IEEE P 190 1 Y otras similares.

Estado de la técnica

La mayor parte de los métodos propuestos para tratar de minimizar los efectos del ruido impulsivo (RI) están pensados para transmisiones digitales por radio. Algunas patentes como W02004002101, EP1309095 y EP1180851 basan su funcionamiento en la localización de los picos de RI a partir de la propia señal de información recibida; cuando creen haber reconocido un pico de RI eliminan la porción de señal correspondiente. Otras publicaciones de interés son las patentes US 20050213692 y EP1361720 que utilizan complejos algoritmos de compensación del RI. También los autores de la presente patente han publicado con anterioridad dos procedimientos aplicables a sistemas de radio: P200402455 que monitoriza el RI en una polarización ortogonal a aquella en que se produce la transmisión y P200402706 que monitoriza el RI en otro canal a una frecuencia diferente.

Sería por lo tanto deseable un método específicamente diseñado contra el RI en sistemas PLC que no sólo detecte o elimine las muestras de señal que se vean afectadas sino que sea capaz de eliminar la contribución del RI dejando inalterada la señal PLC original.

Para ello la presente invención aprovecha que los sistemas PLC dejan sin transmisión de potencia ciertas portadoras o porciones del espectro con objeto respetar posibles interferencias con otros servicios de comunicación. Este método de cancelación de RI para sistemas PLC consiste en procesar estas portadoras libres en el receptor, para averiguar la amplitud y fase de los pulsos de RI cuando éstos aparezcan en las líneas de transmisión y poder proceder de esta manera a su cancelación. Aquí, el verbo cancelar significa que los pulsos de RI son extirpados de la señal sin afectar a ésta última.

Explicación del procedimiento El ténnino Power Line Communications (PLC) , que puede traducirse como Comunicación por Línea Eléctrica de Alimentación, se usa para identificar tecnologías, equipos, aplicaciones y servicios diseñados para proveer a los usuarios de sistemas de comunicación cuyo medio de transmisión son los cables que transportan la electricidad.

Se denomina ruido impulsivo (RI) a pulsos de gran amplitud que surgen inesperadamente en un canal de comunicación. El RI puede ser clasificado de acuerdo a su origen como ruido natural (no procedente de actividad humana y producido principalmente por rayos en tonnentas) y ruido de procedencia humana que comprende: Transitorios en transfonnadores y motores de inducción, chispas producidas en el colector de motores eléctricos universales y de corriente continua, transitorios por conmutación eléctrica, arcos voltaicos, etc. El efecto combinado de la amplitud de los pulsos, la tasa de aparición y el ancho de banda del receptor puede perjudicar el funcionamiento de los sistemas digitales de comunicación en gran medida, incluso si la relación señal a ruido es alta.

El RI perjudica especialmente la transmisión de las comunicaciones en las líneas eléctricas de alimentación. Su efecto se hace más patente en las que emplean sistemas de modulación y transmisión digital, y con especial virulencia en aquellos con modulación OFDM, como los sistemas PLC a los que se refiere la presente patente.

Se considera que el RI es un fenómeno de banda ancha, es decir que cuando un pulso de RI alcanza el receptor se deben esperar componentes espectrales extendiéndose por todo el ancho de banda del canal de comunicación.

La norma IEEE P1901, ha sido creada por el Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE) para regular los sistemas PLC. Esta norma, entre otras, especifica que aquellas portadoras dentro de un símbolo OFDM que se corresponden con las bandas de radioaficionado (que se pueden ver en la figura 1) no deben transmitir potencia para no interferir con estos servicios; por lo tanto, al demodular un símbolo OFDM en estas portadoras que denominaremos libres sólo deberá encontrarse ruido de fondo y cierto nivel de interferencia. Cuando un pulso de RI llega a un receptor OFDM, su potencia se reparte entre todas las portadoras del símbolo debido a sus propiedades de gran amplitud de banda. Este RI también se introduce en las portadoras libres y tendrá una potencia mucho mayor que su ruido de fondo, éste es el principio básico en el que se basa el método que se presenta: Usar la información del RI detectado en las portadoras libres para cancelarlo. Esta cancelación del RI dejando inalterada la señal PLC original implica mayor refinamiento con respecto a otras técnicas existentes que se limitan eliminar el pulso de RI junto con la muestra correspondiente de señal PLC.

Descripción de los dibujos La figura 1 describe un símbolo OFDM en el dominio de la frecuencia con un reparto de portadoras según la norma IEEE P1901. El símbolo abarca 50 MHz y comprende 2048 portadoras, de las cuales sólo 917 (sombreado rayado espaciado) están efectivamente moduladas por. información üFDM" En las 237. portadoras. correspondientes a las bandas del servicio de radioaficionados (sombreado rayado denso) no se transmite potencia; sin embargo el RI (sombrado punteado) está presente en todas las portadoras en mayor o menor medida. Las portadoras del principio y del final (sin sombreado) permanecen sin uso, las del principio se corresponden con las bandas del servicio de radiodifusión de onda media por AM y el resto de las bandas inferiores, y las del final se dejan sin modular aunque podrían llegar a usarse en un futuro.

La figura 2 es un diagrama de bloques que describe el funcionamiento del método de cancelación de RI que se presenta. El bloque (1) calcula un umbral de detección de picos de RI y el bloque (2) realiza la detección de esos picos de acuerdo con el anterior umbral. El bloque (3) calcula una transformada rápida de Fourier (Fast Fourier Transform) y el bloque (4) extrae las 237 portadoras libres correspondientes a las bandas de radioaficionado descritas en la figura 1. Finalmente, el bloque (5) es el encargado de generar la secuencia canceladora de RI.

Exposición detallada del procedimiento En el diagrama de bloques de la figura 2, se representa el método básico, objeto de esta patente.

En la parte superior izquierda se indica la llegada de la señal s[n], que es el símbolo OFDM en el dominio del tiempo. Esta señal de partida s[n] es discreta compleja. Para obtenerla se deben efectuar varios procedimientos habituales, como amplificación, filtrado, muestreo, sincronizado, estimación de canal y otros procesos, que son independientes de lo expuesto en esta patente. La señal s[n] contiene la información que se desea recibir, y sumada a ésta, la perturbación de RI que se desea eliminar. El método básico se compone de cuatro etapas.

Etapa A: La señal s[n] pasa por el bloque (1) de la figura 2. Aquí se calcula el umbral de nivel de amplitud Th que se utilizará para discriminar qué muestras de s[n] serán objeto de estudio para determinar si están afectadas o no por RI. Este estudio se realiza en el bloque (2) , donde se examinan todas las muestras de s[n] y se marcan aquellas que tengan una amplitud que supere el umbral Th. En el bloque (2) de la figura 2 se supone a modo de ejemplo que M muestras superan el umbral de amplitud Th: Estas muestras se denominan s[no], s[nl], ..., s [nM-t1, Y con ellas se averigua en qué posición de s[n] se hallan las muestras marcadas. Con estas posiciones se crea un tren de deltas denominado t[n].

Etapa B: Al mismo tiempo, la señal original s[n] entra en el bloque (3) de la figura 2, donde se extraen sus portadoras o componentes frecuenciales complejas mediante Fast Fourier Transform (FFT) , obteniéndose su versión en el dominio discreto de la frecuencia S[k]. En el bloque (4) de la figura 2, se extraen de S[k] solo aquellas portadoras que deben estar libres de transmisión según la norma IEEE P1901 Y que coinciden con las sombreadas con rallado denso en la figura 1. La información relativa a estas muestras donde no se ha transmitido potencia alguna... [Seguir leyendo]

1. Método de cancelación de ruido impulsivo (RI) en un sistema Power Line Communications (PLC) que comprende al menos las siguientes etapas: a) Sobre una señal eléctrica procesada s[n] que ha sufrido procedimientos habituales de tratamiento de señal se examinan todas las muestras de s[n] y se marcan aquellas que tengan una amplitud que supere un umbral definido. b) Sobre la misma señal s[n] se calcula la transformada en el dominio de frecuencia. A continuación se extraen los valores de aquellas portadoras que deben estar libres o teóricamente libres de potencia según la norma empleada por el sistema de transmisión. c) Sobre la información obtenida en las etapas a) y b) se calcula una estimación de los valores complejos correspondientes al RI en el dominio del tiempo de los pulsos marcados según la etapa a) . d) Cancelación del RI restando a la señal s