Transferencia de datos.

Aparato para la comunicación de datos a través de un sustrato rígido sólido (110),

que comprende:

un primer transductor acústico (100) montado en una cara del sustrato;

un segundo transductor acústico (105) montado en una segunda cara del substrato, colocado para recibir señales acústicas transmitidas por el primer transductor acústico;

medios de excitación para excitar el primer transductor con una señal portadora de onda continua modulada con datos; y

un demodulador para la detección de datos modulados en una señal acústica detectada por el segundo transductor, caracterizado por que

las dimensiones de los transductores primero y segundo y de la frecuencia de la señal portadora se seleccionan a fin de reducir la interferencia producida por señales de tránsito triple a través del sustrato a un nivel suficientemente bajo como para permitir la comunicación continua de datos a través del sustrato a una velocidad binaria de al menos 1 MHz.

Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/GB2007/050720.

Solicitante: BAE SYSTEMS PLC.

Nacionalidad solicitante: Reino Unido.

Dirección: 6 CARLTON GARDENS LONDON SW1Y 5AD REINO UNIDO.

Inventor/es: BAGSHAW,JOHN MARTIN, KENT,LIONEL WILLIAM JOHN.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • H04B11/00 SECCION H — ELECTRICIDAD.H04 TECNICA DE LAS COMUNICACIONES ELECTRICAS.H04B TRANSMISION.Sistemas de transmisión que emplean ondas ultrasonoras, sonoras o infrasonoras.
  • H04B13/00 H04B […] › Sistemas de transmisión caracterizados por el medio utilizado para la transmisión, no previstos en los grupos H04B 3/00 - H04B 11/00.

PDF original: ES-2548006_T3.pdf

 

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Fragmento de la descripción:

Transferencia de datos La presente invención se refiere a la transferencia de datos y en particular, aunque no en exclusiva, a un aparato y a un método para la transferencia de señales y datos digitales de gran ancho de banda a través de cascos de submarino u otras barreras sólidas utilizando técnicas acústicas.

Se ha intentado varias veces proporcionar comunicaciones de señales a través de cascos de buques sin la necesidad de atravesar el casco para pasar cables u otros pasacables. Las técnicas utilizadas han incluido transmisión de señales eléctricas o de señales acústicas. En un ejemplo conocido de una técnica acústica, descrita en Hobart et al., "Unidad de módem acústico", Oceans 2000 MTS/IEEE Conference and Exhibition, págs. 769-772, volumen 2, septiembre de 2000, se utilizaron transductores piezoeléctricos para generar señales acústicas para llevar datos de baja velocidad binaria a través del casco de un barco, adecuadas para el transporte de datos ambientales, por ejemplo, temperatura y salinidad del mar desde el exterior del casco sin la necesidad o el inconveniente de modificar la embarcación perforando agujeros en el casco. Estos datos se transmiten típicamente a una velocidad de transmisión de datos baja, en un modo de ráfaga. Otros ejemplos se pueden encontrar en los documentos de patente US 6.037.704 y 4.242.653.

En un primer aspecto, la presente invención se refiere a un aparato para la comunicación de datos a través de un sustrato rígido sólido, que comprende:

un primer transductor acústico montado en una cara del sustrato;

un segundo transductor acústico montado en una segunda cara del substrato, colocado para recibir señales acústicas transmitidas por el primer transductor acústico;

medios de excitación para excitar el primer transductor con una señal portadora de onda continua modulada con datos; y un demodulador para la detección de datos modulados en una señal acústica detectados por el segundo transductor, en el que las dimensiones de los transductores primero y segundo y la frecuencia de la señal portadora se seleccionan a fin de reducir la interferencia producida por señales de tránsito triple a través del sustrato a un nivel suficientemente bajo como para permitir la comunicación continua de datos a través del sustrato a una velocidad binaria de al menos 1 MHz.

Aunque se conoce el uso de señales acústicas para la comunicación de datos digitales a una velocidad binaria baja a través de un sustrato sólido rígido sin necesidad de atravesar la estructura, los inventores en el presente caso han descubierto que mediante una cuidadosa elección del tamaño de los transductores y de la frecuencia de la señal portadora, los efectos de la señal de tránsito triple, es decir, el tercer tránsito a través del sustrato de una parte reflejada de una señal acústica principal, se puede reducir a un nivel tal que se puede lograr la comunicación de datos a velocidades de al menos 1 MHz.

En una realización preferida de la presente invención, se puede aplicar la misma técnica para lograr una velocidad binaria de datos de aproximadamente 10 MHz cuando se utiliza una señal portadora centrada en la frecuencia de 25 MHz, o una velocidad binaria de datos de aproximadamente 18 MHz cuando se utiliza una señal portadora centrada en la frecuencia de 40 MHz. De manera preferible, se pueden utilizar señales portadoras de frecuencias en el intervalo de 25 MHz a 72 MHz.

Preferiblemente, en particular cuando se utilizan señales portadoras con una frecuencia del orden de 25 MHz y mayor, los medios de excitación incluyen un circuito de adaptación de radiofrecuencia para proporcionar una adaptación de radiofrecuencia apropiada para el primer transductor.

En una realización preferida, los transductores primero y segundo se utilizan alternativamente como transmisores y como receptores de señales acústicas en el sustrato para permitir una comunicación bidireccional. Sin embargo, dos conjuntos de transductores primero y segundo pueden estar montados en la superficie del sustrato suficientemente separados para evitar la interferencia de sus respectivas señales acústicas dentro del sustrato a fin de proporcionar un enlace continuo de comunicaciones bidireccionales a través del sustrato.

Realizaciones preferidas de la presente invención encuentran una aplicación particular en la comunicación de datos a través de estructuras de metal, en particular a través de cascos de submarinos o recipientes presurizados.

En un segundo aspecto, la presente invención se refiere a un método para comunicar datos a través de un sustrato rígido sólido utilizando señales acústicas transmitidas a través del sustrato entre un primer transductor acústico y un

segundo transductor acústico montados en superficies opuestas del sustrato, comprendiendo el método las etapas de:

(i) excitar el primer transductor acústico con una señal portadora de onda continua que ha sido modulada con datos; y

(ii) detectar, en el segundo transductor, señales acústicas transmitidas a través del sustrato por el primer transductor y detectar allí datos modulados;

en el que las dimensiones de los transductores primero y segundo y la frecuencia de la señal portadora se seleccionan a fin de reducir la interferencia producida por señales de tránsito triple a través del sustrato a un nivel suficientemente bajo como para permitir la comunicación continua de datos a través del sustrato a una velocidad binaria de al menos 1 MHz.

En una aplicación preferida de realizaciones preferidas de la presente invención, para una comunicación continua de banda ancha a través de un casco de submarino, la elección del tamaño del transductor y de la frecuencia de la señal portadora es crucial para lograr comunicaciones de banda ancha a velocidades binarias de datos en el orden de 10 MHz o superior. Las técnicas conocidas mencionadas anteriormente para la transferencia de datos sin atravesar los cascos de submarinos y estructuras de metal similares operan en modo de ráfaga y a velocidades de transmisión de datos bajas. Para operar a una alta velocidad de transmisión de datos se requiere atravesar el casco pasando a través de válvulas de presión y pasacables complejos. En un submarino moderno, la aplicación de estas perforaciones cuesta decenas de miles de libras esterlinas y crea posibles puntos de fallo en el casco, en particular porque es sometido a ciclos repetidos de estrés cuando el submarino se sumerge y vuelve a la superficie. Normalmente hay varios cientos de perforaciones a través de un casco de submarino.

Realizaciones preferidas de la presente invención proporcionan transferencia de datos a una velocidad de transmisión de datos mucho mayor que la de las disposiciones de la técnica anterior, en las denominadas velocidades de transmisión de datos de "banda ancha", sin atravesar el casco. En particular, se han alcanzado velocidades de transmisión de datos del orden de 15 MHz y más mediante realizaciones preferidas de la presente invención en base a una señal acústica centrada en aproximadamente 40 MHz. Tales velocidades de transmisión de datos son adecuadas para la transmisión de datos de vídeo y otros tipos de datos típicamente asociados a comunicaciones de banda ancha. Hay varios factores que han permitido esta mejora con respecto a sistemas de la técnica anterior.

Uno de los principales factores que limitan el ancho de banda de las comunicaciones digitales que utilizan señales acústicas a través de un medio de materiales sólidos es la presencia de señales parásitas, en particular reflexiones acústicas procedentes de capas de interconexión dentro de la trayectoria de transmisión acústica a través del medio. La reflexión más significativa es la señal de tránsito triple, la primera reflexión recibida de la señal principal después de un total de tres pasadas a través del medio desde el transductor de transmisión. Las comunicaciones de señal digital requieren una dinámica exenta de parásitos (SFDR) con respecto a la señal principal de aproximadamente 20dB. Cuando las señales se transmiten a velocidades binarias bajas, las múltiples señales reflejadas se pueden separar fácilmente de la señal principal. A velocidades binarias más altas, la separación no es tan fácil de lograr.

En un enlace de gran ancho de banda basado en la transmisión continua de datos, en contraposición a la técnica de transmisión en el modo de ráfaga utilizada en ciertas disposiciones de la técnica anterior, la pluralidad de señales reflejadas se solapan entre sí causando la interferencia. Este problema se puede evitar diseñando el enlace de manera que las señales multitrayecto se atenúen en el transductor... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Aparato para la comunicación de datos a través de un sustrato rígido sólido (110) , que comprende:

un primer transductor acústico (100) montado en una cara del sustrato;

un segundo transductor acústico (105) montado en una segunda cara del substrato, colocado para recibir señales acústicas transmitidas por el primer transductor acústico;

medios de excitación para excitar el primer transductor con una señal portadora de onda continua modulada con datos; y un demodulador para la detección de datos modulados en una señal acústica detectada por el segundo transductor, caracterizado por que las dimensiones de los transductores primero y segundo y de la frecuencia de la señal portadora se seleccionan a fin de reducir la interferencia producida por señales de tránsito triple a través del sustrato a un nivel suficientemente bajo como para permitir la comunicación continua de datos a través del sustrato a una velocidad binaria de al menos 1 MHz.

2. Aparato de acuerdo con la reivindicación 1, en el que las señales de tránsito triple son atenuadas en el segundo transductor a un nivel, con respecto a la señal principal, mayor que la dinámica de 20dB exenta de parásitos.

3. Aparato de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que los medios de excitación funcionan para generar una señal portadora de onda continua centrada entre 25MHz y 72MHz.

4. Aparato de acuerdo con la reivindicación 3, en el que la velocidad binaria de comunicación de datos es de al menos 10MHz.

5. Aparato de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que los medios de excitación comprenden además un circuito de adaptación de radiofrecuencia para el primer transductor.

6. Aparato de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el sustrato es una parte de una estructura de metal.

7. Aparato de acuerdo con la reivindicación 6, en el que la estructura de metal es un casco de submarino de acero.

8. Aparato de acuerdo con la reivindicación 6, en el que la estructura de metal es un recipiente presurizado.

9. Método para comunicar datos a través de un sustrato rígido sólido utilizando señales acústicas transmitidas a través del sustrato entre un primer transductor acústico y un segundo transductor acústico montados en superficies opuestas del sustrato, comprendiendo el método las etapas de:

(i) excitar el primer transductor acústico con una señal portadora de onda continua que ha sido modulada con datos; y

(ii) detectar, en el segundo transductor, señales acústicas transmitidas a través del sustrato por el primer transductor y detectar allí datos modulados; caracterizado por que

las dimensiones de los transductores primero y segundo y la frecuencia de la señal portadora se seleccionan a fin de reducir la interferencia producida por señales de tránsito triple a través del sustrato a un nivel suficientemente bajo como para permitir la comunicación continua de datos a través del sustrato a una velocidad binaria de al menos 1 MHz.


 

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