Método de modulación de datos con señales de baja frecuencia.

Método de modulación de datos con señales de baja frecuencia.

Un método de modulación de datos con señales de baja frecuencia,

que incluye los siguientes pasos. Encapsular una pluralidad de datos binarios (3) junto con un identificador (4) de al menos un receptor LR (8) y un preámbulo predeterminado, en un campo asociado (16, 17, 18) para generar una trama LR (15) mediante un formateador (2), donde el preámbulo prepara al receptor LR (8) para la recepción. Codificar dicha trama (15) mediante un código de línea para generar una pluralidad de datos codificados (20) mediante un codificador (5). Modular en ASK para generar un tren de tramas (22), donde las tramas (22) están espaciadas de forma regular mediante el codificador (5).

Tipo: Patente de Invención. Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: P201430637.

Solicitante: UNIVERSITAT POLITECNICA DE CATALUNYA.

Nacionalidad solicitante: España.

Inventor/es: PARADELLS ASPAS,Josep, GARCIA VILLEGAS,Eduard, LÓPEZ AGUILERA,Elena, OLLER BOSCH,Joaquim, DEMIRKOL,Ilker Seyfettin, CASADEMONT SERRA,Jordi.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • H04B7/005 SECCION H — ELECTRICIDAD.H04 TECNICA DE LAS COMUNICACIONES ELECTRICAS.H04B TRANSMISION.H04B 7/00 Sistemas de radiotransmisión, es decir, utilizando un campo de radiación (H04B 10/00, H04B 15/00 tienen prioridad). › Control de la transmisión; Igualación.
  • H04L29/08 H04 […] › H04L TRANSMISION DE INFORMACION DIGITAL, p. ej. COMUNICACION TELEGRAFICA (disposiciones comunes a las comunicaciones telegráficas y telefónicas H04M; selección H04Q). › H04L 29/00 Disposiciones, aparatos, circuitos o sistemas no cubiertos por uno solo de los grupos H04L 1/00 - H04L 27/00. › Procedimiento de control de la transmisión, p. ej. procedimiento de control del nivel del enlace.
Método de modulación de datos con señales de baja frecuencia.

Fragmento de la descripción:

Método de modulación de datos con señales de baja frecuencia Campo de la invención La presente invención se engloba dentro del campo de las telecomunicaciones inalámbricas. En particular dentro de las tecnologías de redes de área local inalámbrica (WLAN) , regidas por los estándares IEEE 802.11, y las tecnologías de redes de área personal inalámbrica (WPAN) , regidas por los estándares IEEE 802.15.

Antecedentes de la invención En el documento Mishra, N.; Chebrolu, K.; Raman, B.; Pathak, A., "Wake-on-WLAN", en proc. de WWW Conference 2006, se propone la utilización de estaciones WLAN "durmientes" que incluyen un sensor de baja potencia para controlar la actividad en el canal de trabajo de la WLAN. Tras la detección de energía en ese canal, el sensor despierta al transceptor WLAN. Si bien este enfoque tiene la ventaja de que no requiere ninguna funcionalidad de transmisión de señal de activación específica, la probabilidad de falsas alarmas del despertador es excesivamente alta, incluso operando en un canal de ISM (Industrial, Science & Medical) poco utilizado.

Los mismos autores trataron de superar este problema más tarde mediante la incorporación de patrones en las señales de activación publicado en el documento Mishra, N.; Golcha, D.; Bhadauria, A.; Raman, B.; Chebrolu, K., "S-WOW: signature based Wake-on-WLAN", en proc. de COMSWARE 2007. En su segunda propuesta se utilizan tramas Wi-Fi estándar de gran tamaño y períodos largos de silencio para formar y enviar un patrón simple codificado mediante no-retorno-a-cero (NRZ) . La señal de baja tasa resultante es demasiado lenta para enviar de manera eficiente flujos de datos que no sean señales de Wake-up (la señal de Wake-up puede tardar alrededor de 1s) . Debido a los grandes periodos de silencio (~ 20ms) este sistema es todavía muy sensible a las interferencias.

De manera muy similar, los autores Kondo, Y.; Yomo, H.; Tang, S.; Iwai, M.; Tanaka, T.; Tsutsui, H.; Obana, S., en su artículo "Energy-efficient WLAN with on-demand AP Wake-up using IEEE 802.11 frame length modulation, " Computer Communications, Vol. 35, No. 14, p. 1725-1735, August 2012, fueron capaces de codificar un identificador único para el receptor Wake-up (WuR) enviando tramas IEEE 802.11 de diferentes tamaños. Aunque es más resistente a las interferencias que el enfoque anterior, esta opción sigue siendo ineficaz para la transmisión de largos flujos de datos. Además, el consumo de energía de su receptor WuR es alto, del orden de mA. El estado del arte de sistemas de Wake-up establece que el consumo del receptor debe hallarse alrededor de los 10 µW.

La utilización del tamaño de tramas IEEE 802.11 (u otra tecnología inalámbrica) también se propone en la patente US8259691B2, donde los autores ajustan el tamaño de las tramas de datos para codificar información relacionada con la configuración de red que requiere un dispositivo inalámbrico de características limitadas (y sin interfaz humana, como teclado/pantalla) . Más concretamente, los datos binarios se descodifican mediante la comparación de la diferencia relativa entre las longitudes de tramas consecutivas, es decir, un cambio en la longitud entre tramas consecutivas puede corresponder en binario al bit '0', y si no se percibe cambio en la longitud se interpreta como el bit '1'. Una vez más, en una red de acceso aleatorio basado en detección de portadora (por ejemplo, las familias IEEE 802.11 o IEEE 802.15) esta solución no es adecuada, ya que cualquier transmisión en la vecindad interrumpirá la operación de este mecanismo.

En la solicitud US20120120859 A1, se propone el uso de subportadoras OFDM no utilizadas y situadas en los extremos del espectro de una transmisión IEEE802.11a/g para incrustar señales de Wake-up. De acuerdo con los estándares IEEE 802.11a/g se utilizan 52 subportadoras OFDM, pero los autores proponen el uso de 4 subportadoras adicionales. Este enfoque requiere modificaciones profundas de un dispositivo IEEE

802.11 comercial, e implica que, tanto transmisor como receptor deben ser estaciones WLAN IEEE 802.11. Además, se limita a transmisiones IEEE 802.11 basadas en OFDM, las cuales tienen un alcance menor que las que utilizan DSSS (Direct Sequence Spread Spectrum) .

De acuerdo con un ejemplo de realización del sistema descrito en la solicitud US20060063484 A1, una señal de amplitud modulada se usa para transmitir información de baja velocidad. Esta señal se genera mediante la transmisión de tramas IEEE 802.11; un preámbulo IEEE 802.11 válido es seguido por una forma de onda modulada en amplitud por un mecanismo de control de ganancia instalado en el transmisor. A diferencia de esta solución propuesta en US20060063484 A1, la invención detallada en el presente documento no requiere ninguna modificación específica sobre equipos IEEE 802.11 comerciales ya que se basa en la emulación de una portadora de baja frecuencia generada con tramas completamente estándar (IEEE

802.11 o IEEE 802.15) mientras que US20060063484 A1 utiliza solo un preámbulo estándar seguido de una señal modificada.

En suma, la mayor parte de la literatura relacionada se centra en la generación y detección de señales de Wake-up. No se conocen propuestas para utilizar transmisiones IEEE 802.11 o IEEE 802.15 con el fin de generar una portadora de baja frecuencia. Existen otras soluciones que podrían ser utilizadas para el mismo propósito, pero éstas o son ineficientes, o requieren modificaciones profundas en equipos inalámbricos comerciales, lo que limita su aplicación.

El uso de señales IEEE 802.11 para modular otras señales, tales como señales de Wake-up o datos de baja velocidad, es conocido. Sin embargo, las propuestas existentes están limitadas en diferentes aspectos: eficiencia energética, alcance e implementabilidad/ compatibilidad. A pesar de que los dispositivos compatibles con IEEE 802.11 ya han sido probados como transmisores WuR, no se conocen propuestas donde la propia señal IEEE 802.11 o IEEE 802.15 se utilice para generar una portadora de baja frecuencia que pueda transportar datos binarios a baja velocidad y que, entre otras aplicaciones, podría ser utilizada como una señal de WuR codificada.

Descripción de la invención Se presenta un método capaz de generar una portadora de baja frecuencia desde dispositivos inalámbricos comunes "off-the-shelf" conformes con la familia de estándares IEEE 802.11 o IEEE 802.15. Esta sub-portadora puede ser modulada para transportar cualquier tipo de información digital dirigida a receptores inalámbricos de bajas prestaciones y bajo consumo, como nodos sensores/actuadores.

El método de modulación de datos con señales de baja frecuencia, incluye encapsular una pluralidad de datos binarios junto con un identificador de al menos un receptor y un preámbulo predeterminado, en un campo asociado para generar una trama de baja velocidad (low rate o LR) mediante un formateador, donde el preámbulo prepara al receptor LR para la recepción. También incluye codificar dicha trama mediante un código de línea para generar una pluralidad de datos codificados mediante un codificador. Tras ello, se genera un tren de tramas, donde las tramas están espaciadas de forma regular mediante el codificador, para emular una portadora de baja frecuencia que será modulada con ASK para transportar los datos codificados.

Opcionalmente, la transmisión sigue el estándar IEEE 802.11.

Opcionalmente, la transmisión sigue el estándar IEEE 802.15.

Opcionalmente, el tren de tramas generado está compuesto de la menor trama definida en el estándar seguida del menor espacio entre tramas admitido por el estándar.

Opcionalmente, el tren de tramas generado está compuesto de tramas sucesivas de reconocimiento (ACK) .

Opcionalmente, el tren de tramas generado está compuesto de tramas de control tipo baliza (Beacon) .

Opcionalmente, el tren de tramas generado está compuesto de tramas de datos vacías con destino broadcast/multicast.

Opcionalmente, el tren de tramas generado está compuesto de tramas de datos vacías con destino broadcast/multicast y agregadas en una A-MPDU, según el estándar IEEE 802.11-2012.

Opcionalmente, las tramas IEEE 802.11 del tren de tramas incluyen el campo de duración (Duration/ID) con un valor igual o mayor al tiempo que resta para la finalización de la trama LR. Para ello, el campo de duración (Duration/ID) tiene un valor suficientemente grande como para proteger la totalidad de la trama LR.

Breve descripción de los dibujos A continuación se pasa a describir de manera muy breve una serie de dibujos que ayudan a comprender mejor la invención y que se relacionan expresamente con una realización de dicha invención que se presenta...

 


Reivindicaciones:

1. Método de modulación de datos con señales de baja frecuencia, caracterizado por que comprende los siguientes pasos:

encapsular una pluralidad de datos binarios (3) junto con un identificador (4) de al menos un receptor LR (8) y un preámbulo predeterminado, en un campo asociado (16, 17, 18) para generar una trama LR (15) mediante un formateador (2) , donde el preámbulo prepara al receptor LR (8) para la recepción, codificar dicha trama (15) mediante un código de línea para generar una pluralidad de datos codificados (20) mediante un codificador (5) , modular con ASK para generar un tren de tramas (22) , donde las tramas (22) están espaciadas de forma regular mediante el codificador (5) .

2. Método de modulación según la reivindicación 1, caracterizado por que la transmisión sigue el estándar IEEE 802.11.

3. Método de modulación según la reivindicación 1, caracterizado por que la transmisión sigue el estándar IEEE 802.15.

4. Método de modulación según la reivindicación 2, caracterizado por que el tren de tramas (22) generado está compuesto de la menor trama definida en el estándar seguida del menor espacio entre tramas admitido por el estándar.

5. Método de modulación según la reivindicación 2, caracterizado por que el tren de tramas (22) generado está compuesto de tramas sucesivas de reconocimiento (ACK) .

6. Método de modulación según la reivindicación 2, caracterizado por que el tren de tramas (22) generado está compuesto de tramas de control tipo baliza (Beacon) .

7. Método de modulación según la reivindicación 2, caracterizado por que el tren de tramas (22) generado está compuesto de tramas de datos vacías con destino broadcast/multicast.

8. Método de modulación según la reivindicación 2, caracterizado por que el tren de tramas (22) generado está compuesto de tramas de datos vacías con destino broadcast/multicast y agregadas en una A-MPDU, según el estándar IEEE 802.112012.

9. Método de modulación según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que las tramas IEEE 802.11 del tren de tramas (22) incluyen el campo de duración (Duration/ID) con un valor igual o mayor al tiempo que resta para la finalización de la trama LR (15) .FIGURAS


 

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