ES2286457T3 - Metodos y aparatos de comunicacion. - Google Patents

Abstract

Un método de comunicar una señal de microondas de banda ultraancha (UWB) dotada de una frecuencia de 1 GHz o más empleando un cable (308) que conste al menos de un conductor, consistiendo el método en: colocar una antena transmisora (504, 512) en un punto de transmisión sobre dicho cable a una distancia del referido cable para acoplar la referida señal de microondas en dicho cable; emitir con dicha antena de transmisión la referida señal de microondas para inducir en dicho cable una onda de propagación para que se propague a lo largo del referido cable; colocar una antena receptora (504, 512) para recibir una señal electromagnética generada por la referida onda de propagación; recibir una versión de dicha señal de microondas usando la referida antena receptora; y en el que la referida onda de propagación consista en una señal de terminación única.

Description

Métodos y aparatos de comunicación.

Esta invención versa grosso modo acerca de comunicaciones de banda ultraancha (ultra wideband, UWB), y en particular acerca de métodos y aparatos para permitir tal comunicación.

Las técnicas para la comunicación UWB se desarrollaron a partir del radar y de otras aplicaciones militares, y el trabajo pionero fue llevado a cabo por el Dr. G. F. Ross, como se describe en el documento US3728632. Los sistemas de comunicaciones de banda ultraancha emplean pulsos muy breves de radiación electromagnética (impulsos) con tiempos de ascenso y caída muy breves, lo que da por resultado un espectro con un ancho de banda muy amplio. Algunos sistemas emplean la excitación directa de una antena con un pulso tal que luego irradia con su respuesta característica de impulso o escalonada (dependiendo de la excitación). Tales sistemas se denominan "sin portadora", puesto que la emisión resultante de radiofrecuencia carece de toda frecuencia portadora bien definida. Sin embargo, otros sistemas UWB irradian uno o algunos ciclos de una portadora de alta frecuencia y, por lo tanto, es posible definir una frecuencia y/o fase central significativa a pesar de la gran anchura de banda de la señal. La Comisión Federal de Comunicaciones de los Estados Unidos (US Federal Communications Commission, FCC) define UWB como un ancho de banda de -10 dB de al menos un 25% de una frecuencia central (o media) o un ancho de banda de al menos 1,5 GHz; la definición de US DARPA es similar, pero se refiere a un ancho de banda de -20 dB. Tales definiciones formales resultan útiles y diferencian con claridad los sistemas UWB de los sistemas convencionales de banda estrecha y banda ancha, pero las técnicas descritas en esta especificación no están limitadas a los sistemas que caen dentro de esta definición precisa y pueden ser empleadas con sistemas similares que empleen pulsos muy breves de radiación electromagnética.

Los sistemas de comunicaciones UWB tienen varias ventajas con respecto a los sistemas convencionales. Hablando a grandes rasgos, el gran ancho de banda facilita las comunicaciones de datos a velocidad muy alta y, puesto que se emplean pulsos de radiación, la potencia media de transmisión y también el consumo de energía pueden mantenerse bajos aunque la potencia de cada pulso pueda ser relativamente grande. Además, puesto que la potencia de cada pulso se distribuye en un gran ancho de banda, la frecuencia de la potencia por unidad puede ser realmente muy baja, permitiendo que los sistemas UWB coexistan con otros usuarios del espectro y que, en aplicaciones militares, proporcionen una probabilidad baja de intercepción. Los pulsos breves también hacen de los sistemas de comunicaciones de UWB relativamente poco susceptibles de efectos de ruta múltiple, puesto que, por lo general, los reflejos múltiples pueden resolverse. Por último, los sistemas de UWB se prestan a una implementación completamente digital sustancialmente, con consiguientes ahorros de costo y a otras ventajas.

La Figura 1a muestra un emisor/receptor UWB típico 100. Éste consta de una antena de transmisión/recepción 102 con una respuesta característica de impulso indicada por un filtro de paso de banda (bandpass filter, BPF) 104 (aunque en algunos casos puede estar incluido de manera explícita un filtro de paso de banda), acoplada a un conmutador de transmisión/recepción 106.

La cadena de transmisión consta de un generador de impulsos 108 susceptible de modulación mediante una entrada de datos de transmisión de banda base 110 y un controlador de antena 112. El controlador puede omitirse, puesto que normalmente solo hace falta una oscilación pequeña del voltaje de salida. Puede emplearse una de entre varias técnicas de modulación, típicamente o bien la manipulación encendido-apagado (on-off keying, OOK, o sea, transmitir o no transmitir un pulso), la manipulación M-aria del corrimiento de la amplitud [M-ary amplitude shift keying] (modulación de la amplitud del pulso), o la PPM (pulse position modulation, modulación por posición del pulso, o sea, variando la posición del pulso). Típicamente, el pulso transmitido tiene una duración de <1ns y puede tener un ancho de banda del orden de un gigahercio.

La cadena de recepción consta típicamente de un amplificador de bajo ruido (low noise amplifier, LNA) y una fase 114 de control automático de ganancia (automatic gain control, AGC) seguida por un correlacionador o filtro adaptado (matched filter, MF) 116, que se ajusta a la forma del pulso recibido para que dé salida a un impulso cuando se le presente energía de radiofrecuencia dotada de la forma de curso correcta (adaptada). La salida del MF 116 es normalmente digitalizada por un convertidor de analógico a digital (analogue-to-digital converter, ADC) 118 y presentada a continuación a un circuito variable de umbral de ganancia (digital o basado en software) 120, la salida del cual comprende los datos recibidos. La persona versada comprenderá que pueden emplearse también la corrección progresiva de errores (forward error correction, FEC), tal como la codificación de bloques de error y otros tratamientos de banda base, pero tales técnicas resultan perfectamente conocidas y son convencionales, de aquí que se omitan aquí en aras de la claridad.

La Figura 1b muestra un ejemplo de un transmisor de UWB 122 basado en portadora, como se describe con más detalle en el documento US 6.026.125. Esta forma de transmisor permite controlar la frecuencia central y el ancho de banda de una transmisión de UWB y, como está basado en una portadora, permite el empleo de modulación de frecuencia y fase, al igual que de amplitud y posición. Así, por ejemplo, pueden emplearse la QAM (quadrature amplitude modulation, modulación por cuadratura de amplitud) o la PSK M-aria (phase shift keying, manipulación por corrimiento de fase).

Refiriéndonos a la Figura 1b, un oscilador 124 genera una portadora de alta frecuencia que es controlada por un mezclador 126 que, de hecho, actúa como conmutador de alta velocidad. Una segunda entrada al mezclador es proporcionada por un generador de impulsos 128, filtrada por un filtro (opcional) de paso de banda 130. La amplitud del impulso filtrado determina el tiempo en el que están con polarización directa los diodos del mezclador y, por lo tanto, la anchura efectiva del pulso y el ancho de banda de la señal de UWB a la salida del mezclador. El ancho de banda de la señal de UWB es determinada también de modo similar por el ancho de banda del filtro 130. La frecuencia central y la fase instantánea de la señal de UWB son determinadas por el oscilador 124, y pueden ser moduladas por una entrada de datos 132. El documento US 6.026.125 describe un ejemplo de transmisor con una frecuencia central de 1,5 GHz y un ancho de banda de 400MHz. Puede lograrse la coherencia pulso a pulso logrando el enganche de fase del generador de impulsos al oscilador.

La salida del mezclador 126 es procesada por un filtro de paso de banda 134 para que se rechacen frecuencias que estén fuera de la banda y productos indeseables del mezclador, atenuada opcionalmente por un atenuador de radiofrecuencia controlado digitalmente 136 para permitir una modulación adicional de amplitud, y luego pasada a un amplificador de potencia de banda ancha 138, tal como un MMIC (monolithic microwave integrated circuit, circuito monolítico integrado de microondas), y a una antena de transmisión 140. El encendido o el corte de puerta del amplificador de potencia puede efectuarse en sincronismo con los impulsos del generador 128, como se describe en el documento US'125, para reducir el consumo de energía.

La Figura 1c muestra un transmisor similar al de la Figura 1b, y en él los elementos homólogos tienen números de referencia iguales. El transmisor de la Figura 1c es, en general, un caso especial del transmisor de la Figura 1b en el que la frecuencia del oscilador se ha puesto a cero. La salida del oscilador 124 de la Figura 1b es, de hecho, un nivel de corriente continua que sirve para mantener el mezclador 126 siempre encendido, de modo que estos elementos se omiten (y se modula el generador de impulsos o su salida).

La Figura 1d muestra un transmisor alternativo de UWB 142 basado en portadora, descrito también en el documento US 6.026.125. Una vez más, los elementos homólogos a los de la Figura 1b se muestran con números de referencia semejantes.

En la disposición de la Figura 1d, un circuito de control temporal 144 mantiene la salida del oscilador 124 bajo el control de una señal cronométrica 146. La anchura del pulso de esta señal cronométrica determina el ancho de banda instantáneo de la señal de UWB. Por ello, el ancho de banda de UWB de la señal trasmitida puede ajustarse ajustando la anchura de este pulso.

Los receptores de banda ultraancha adecuados para su empleo con los transmisores de UWB de las Figuras 1b a 1d se describen en el documento US 5.901.172. Estos receptores emplean detectores basados en diodos de túnel para permitir la detección de pulsos únicos a altas velocidades (varios megabits por segundo) con vulnerabilidad reducida a interferencia cocanal. En términos generales, un diodo de túnel conmuta entre modos activo e inactivo, descargándose la carga almacenada en el diodo durante su modo inactivo. El diodo de túnel actúa, de hecho, a modo de filtro adaptado de control temporal, y la operación de correlación se sincroniza con los pulsos entrantes.

La Figura 1e muestra otro ejemplo de un transmisor de UWB 148, tal como se describe, por ejemplo, en el documento US 6.304.623. En la Figura 1e, un pulsador 150 genera un pulso de radiofrecuencia para su transmisión mediante la antena 152 bajo el control de una señal cronométrica 154 proporcionada por un generador de temporización de precisión 156, controlado a su vez por una base de tiempos estable 158. Un generador de códigos 160 recibe un bloque de referencia procedente del generador de temporización y facilita órdenes de desplazamiento temporal pseudo-aleatorio para que el generador de temporización varíe las posiciones de los pulsos del transmisor. Esto tiene el efecto de extender y aplanar el espectro peiniforme que se produciría en caso contrario por los pulsos regulares estrechos (en algunos sistemas puede emplearse la modulación de la amplitud para lograr un efecto similar).

La Figura 1f muestra un receptor correspondiente 162, descrito también en el documento US'623. Este receptor utiliza un generador de temporización 164, una base de tiempos 166 y un generador de códigos 168 similares (el último de los cuales genera la misma secuencia pseudo-aleatoria), pero la base de tiempos 166 está enganchada a la señal recibida mediante un filtro de bucle de búsqueda 170. La salida de la señal de temporización del generador de temporización 164 activa un generador de plantillas 172 que da salida a una señal de plantilla que se corresponde con la señal de UWB recibida por la antena de recepción 174. Un correlacionador/muestreador 176 y un acumulador 178 muestrean y correlacionan la señal recibida con la plantilla, integrando sobre un tiempo de apertura del correlacionador para producir una salida que, al final de un ciclo de integración, es comparada con una referencia por un detector 180 para determinar si se ha recibido un uno o un cero.

La Figura 1g muestra un conocido emisor/receptor de UWB 182 que emplea técnicas de espectro disperso, facilitando así, por ejemplo, la coexistencia de sistemas de comunicaciones de UWB y, por lo tanto, el despliegue no planificado de redes de UWB en entornos domésticos. El emisor/receptor de la Figura 1g es descrito con más detalle en el documento US 6.400.754.

En la Figura 1g una antena receptora 184 y un amplificador de bajo ruido 186 proporcionan una entrada a un correlacionador de integración de tiempo 188. Una segunda entrada al correlacionador es proporcionada por un generador de una secuencia de códigos 190, que genera un código de tipo de espectro disperso, tal como un código de Kasami, que es un código con un coeficiente elevado de auto-correlación de entre una familia de códigos sin coeficientes de correlación cruzada baja. El correlacionador 188 multiplica la señal analógica de entrada por un código de referencia e integra sobre un periodo de secuencias de códigos, y en el documento US'754 hay un filtro adaptado con una pluralidad de fases que representan diferentes alineaciones cronométricas de la señal de entrada y del código de referencia. La salida del correlacionador es digitalizada por un convertidor de analógico a digital 192, que proporciona una salida a un bus 194 controlado por un procesador 196 con memoria 198; el generador de secuencias de códigos 190 es impulsado por un reloj accionado por un oscilador de cristal 200; un controlador de la antena de transmisión 202 recibe datos procedentes del bus 194 que son multiplicados por una secuencia de códigos procedente del generador 190 y transmitidos desde la antena de transmisión 204.

En funcionamiento, se reciben y se transmiten secuencias codificadas de dobletes de impulsos, constando cada bit en un ejemplo de realización de una secuencia de 1023 chips de chips de 10 ns y dotada, por lo tanto, de una duración de 10 \mus. Esto proporciona una ganancia de proceso de 30 dB y reduce la interferencia entre grupos de nodos de red que no estén exactamente sincronizados entre sí. Dentro de un grupo que emplee el mismo código CDMA (Code Division Multiple Access, Acceso Múltiple por División de Código), se emplea el Acceso Múltiple por División Temporal (Time Division Multiple Access, TDMA). La persona versada reconocerá que pueden emplearse secuencias de dispersión más breves y/o relojes más rápidos para obtener tasas de bits más elevadas.

El emisor/receptor descrito en el documento US'754 emplea una modificación de una antena de bucle apantallada independiente de la frecuencia y de modo corriente (como se describe en el documento US 4.506.267) que consta de una placa plana conductora rectangular. Esta antena es conocida con el nombre de antena de radiador de corriente elevada (large-current radiator, LCR) y, cuando es activada por una corriente, irradia hacia afuera desde la superficie de la placa.

La Figura 1h muestra un circuito controlador 206 para tal antena de transmisión LCR 208. La antena es controlada por un puente en H que consta de cuatro MOSFET 210 controlados por líneas de control izquierda (left, L) y derecha (right, R) 212, 214. Al conmutar la línea 214 alta y luego baja mientras se mantiene baja la línea 212 se transmite un doblete de impulsos (o sea, un par de impulsos de polaridad opuesta) de una primera polaridad, y al conmutar la línea 212 alta y luego baja mientras se mantiene baja la línea 214 se irradia un doblete de impulsos de la polaridad opuesta. La antena sólo irradia mientras cambia la corriente que pasa por ella, y transmite un único impulso gaussiano en cada transición.

Las Figuras de la 2a a 2h muestran ejemplos de formas de onda de UWB. La Figura 2a muestra una forma de onda típica de salida de un transmisor de impulsos de UWB, y la Figura 2b muestra el espectro de potencia de la forma de onda de la Figura 2a. La Figura 2c muestra un pulso de aspecto ondulante (que, cuando se acorta, se convierte en un monociclo) como el que podría ser irradiado de uno de los transmisores de las Figuras de la 1b a la 1d. La Figura 2d muestra el espectro de potencia de la Figura 2c. La Figura 2e muestra un doblete de impulsos y la Figura 2f el espectro de potencia del doblete de la Figura 2e. Puede verse que el espectro de la Figura 2f consiste en un peine con una separación (en frecuencia) determinada por la separación (en el tiempo) de los impulsos del doblete y un ancho de banda global determinado por la anchura de cada impulso. También puede apreciarse a partir de las Figuras 2e y 2f que la variación de las posiciones de los pulsos tenderá a reducir los valores nulos del espectro de peine. La Figura 2g muestra ejemplos de formas de onda de doblete de impulso base para un 0 lógico y para un 1 lógico. La Figura 2h muestra un ejemplo de una transmisión de UWB con TDMA tal como la que podría ser irradiada del emisor/receptor de la Figura 1g, en el que ráfagas de datos codificados por CDMA están separadas por periodos sin transmisión para permitir el acceso por parte de otros dispositivos.

Potencialmente, la banda ultraancha ofrece ventajas significativas para una red doméstica inalámbrica, particularmente para la red de banda ancha para dispositivos de audio y vídeo destinados al entretenimiento. Sin embargo, la anchura del ancho de banda de las comunicaciones de UWB es causa de preocupación, en particular en lo tocante a su posible interferencia con los sistemas de GPS (Global Positioning System, Sistema Global de Posicionamiento) y de aviónica. Por esta razón, aunque la utilización de la UWB ha sido aprobada recientemente por la FCC en los Estados Unidos, la operatoria se permite únicamente con potencias muy reducidas y dentro de un ancho de banda restringido (3,1 a 10,6 GHz). Por lo tanto, existe la necesidad de métodos y aparatos para facilitar las comunicaciones de UWB con potencias reducidas, particularmente en el hogar.

En el documento WO 01/22380 pueden encontrarse antecedentes del estado previo de la especialidad relativo a transmisiones por línea eléctrica de impulsos asíncronos de radio.

De acuerdo con un primer aspecto de la invención se presenta, por lo tanto, un método para distribuir una señal de comunicaciones de banda ultraancha (UWB) por un edificio, en conformidad con la reivindicación 1.

Distribuir la señal de UWB por los cables de suministro eléctrico de un edificio, como una vivienda doméstica, por ejemplo una casa o un piso, permite potencialmente un mayor alcance de las comunicaciones de UWB más amplia y/o un consumo menor para un alcance deseado. Además, dado que las señales de UWB se propagan relativamente mal por las paredes de un edificio, el método permite potencialmente el empleo de una potencia media irradiada más elevada de UWB sin un riesgo correspondientemente elevado de causar interferencias.

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Puede emplearse un único transmisor de UWB, por ejemplo en un punto de entrada de la corriente en el edificio, pero el método consiste preferiblemente en generar una pluralidad de señales de UWB en una pluralidad de transmisores de UWB y acoplar estos en el suministro eléctrico en diferentes puntos dentro del edificio. También resulta preferible que se establezca una temporización común entre al menos un subconjunto de las señales de UWB, por ejemplo entre todos los transmisores que haya dentro de una habitación. Esto contribuye a reducir la interferencia y facilita las técnicas de acceso múltiple, como el TDMA. Puede establecerse un reloj común o de consenso entre todos los transmisores del edificio empleando el cableado eléctrico a modo de medio compartido de comunicaciones o, alternativamente, pueden establecerse grupo de transmisores con un reloj común o de consenso y emplearse técnicas de CDMA para reducir la interferencia entre tales grupos. (Se observará que establecer una temporización común no requiere que los transmisores transmitan impulsos de forma simultánea).

De forma adicional o alternativa a establecer una temporización común, pueden emplearse nodos de almacenaje y envío para que los datos puedan ser transmitidos en una serie de saltos desde un emisor/receptor a otro. Pueden configurarse transmisores y receptores múltiples dotados de almacenaje a modo de malla de nodos de almacenaje y envío.

La señal de UWB puede acoplarse al suministro de energía eléctrica mediante un acoplamiento capacitivo a uno o más de los conductores eléctricos, por ejemplo a un conductor de fase y/o a un conductor neutro. En algunos edificios con un cableado de conexión a tierra que llega a los enchufes de pared, el cable de tierra puede emplearse también, o de forma alternativa, para distribuir señales de UWB, dependiendo de la impedancia de la conexión de tierra al suelo en las frecuencias que resulten de interés. En algunos ejemplos de realización, la señal de UWB puede transmitirse de manera diferencial por dos conductores del suministro de energía eléctrica y/o puede emplearse una transmisión de corriente de terminación única o diferencial.

Pueden regularse la frecuencia y el ancho de banda, individualmente o de forma conjunta, de la señal de UWB para suprimir la interferencia procedente de otros dispositivos conectados al suministro eléctrico del edificio, como los motores eléctricos. Además, o de forma alternativa, la temporización de los pulsos de UWB puede variarse para reducir la vulnerabilidad de las señales de UWB a la interferencia. Pueden emplearse técnicas similares, en caso necesario, para reducir la interferencia causada por la señal o señales de UWB.

La invención presenta además un aparato para distribuir una señal de comunicaciones de banda ultraancha (UWB) por un edificio, en conformidad con la reivindicación 8.

El aparato recién descrito puede incorporarse en un dispositivo electrónico de consumo, en particular un dispositivo electrónico de consumo alimentado por corriente de la red eléctrica.

Estos y otros aspectos de la invención serán descritos a continuación de forma más detallada, únicamente a título de ejemplo, haciendo referencia a las figuras adjuntas, en las que:

las Figuras de la 1a a la 1h muestran, respectivamente, un emisor/receptor típico de UWB, un primer ejemplo de un conocido transmisor de UWB basado en portadora, una variante de este primer ejemplo de transmisor, un segundo ejemplo de un conocido transmisor de UWB basado en portadora, un tercer ejemplo de un conocido transmisor de UWB, un receptor para el tercer transmisor de ejemplo, un conocido emisor/receptor de UWB que emplea técnicas de espectro disperso, y un circuito controlador para una antena de radiador de corriente elevada;

las Figuras de la 2a a la 2h muestran ejemplos de formas de onda de UWB;

las Figuras de la 3a a la 3c muestran, respectivamente, una red doméstica inalámbrica de UWB, una red doméstica de UWB basada en un cableado en anillo, y una configuración alternativa del cableado para la distribución de la energía eléctrica; y

las Figuras de la 4a a la 4f muestran alternativas para acoplar un transmisor de UWB al cableado de la corriente eléctrica.

Refiriéndonos ahora a la Figura 3a, ésta muestra una red doméstica inalámbrica de UWB 300 que emplea el cableado de suministro de energía eléctrica como medio de transmisión. Un hogar 302 tiene una entrada de suministro de energía eléctrica 304 acoplada mediante una caja de fusibles 306 a un circuito de distribución de energía eléctrica 308 con una topología de anillo o estrella con una pluralidad de enchufes eléctricos de pared 310. Uno o más dispositivos electrónicos de consumo (consumer electronics devices, CED) están conectados en cada uno de los enchufes, incluyendo en el ejemplo ilustrado una caja electrónica de sobremesa (set top box, STB) 312, un reproductor de DVD 314, un televisor o monitor de ordenador 316, un ordenador portátil 318, una impresora 320, un sistema de alta fidelidad 322 y un receptor de satélites 324. Uno o más de estos dispositivos puede estar equipado con un transmisor, receptor o emisor/receptor de UWB para comunicarse con otros de los dispositivos o con un controlador 326 conectado a la caja de fusibles 306. Estos dispositivos de UWB están acoplados por radiofrecuencia al circuito eléctrico 308 mediante enchufes de corriente 310 y, en el caso del controlador 326, mediante la caja de fusibles 306. Opcionalmente, puede emplearse un acoplamiento adicional, como el acoplamiento 328 del controlador 326. La caja de fusibles 306 puede incorporar un filtro de UWB para reducir las interferencias externas y para limitar la salida de transmisiones de UWB desde la casa 302.

La energía transmitida al vacío decae con la distancia elevada a la potencia de -2, pero a través de paredes, las transmisiones decaen normalmente más rápido, con un exponente de entre -3 y -4. Acoplar los transmisores de UWB de un dispositivo electrónico de consumo al circuito eléctrico facilita la conexión en red basada en UWB entre los dispositivos, al facilitar una propagación mejorada, por ejemplo entre dispositivos separados por una pared. Por ejemplo, pueden lograrse alcances de propagación de UWB de más de 10 m con el cableado eléctrico.

El empleo de comunicaciones de UWB facilita en particular los enlaces de datos con tasas elevadas de bits, tales como los enlaces de datos de audio, y, en especial, los de datos de vídeo. Dispositivos tales como los asistentes digitales personales (personal digital assistants, PDA) 330 y la cámara 332 que no estén conectados directamente al circuito de cableado eléctrico 308 pueden comunicarse con un dispositivo conectado a la corriente y preparado para la UWB, tal como el sistema de alta fidelidad 322, por ejemplo, mediante un enlace de Bluetooth y obtener así acceso al equipo transmisor y/o receptor de la UWB facilitada por el cableado eléctrico.

Refiriéndonos ahora a la Figura 3b, ésta muestra un ejemplo de una red doméstica de UWB basada en un cableado eléctrico en anillo 340, en el que los elementos homólogos a los de la Figura 3a están indicados por números de referencia equivalentes.

En la Figura 3b se muestran dos dispositivos electrónicos de consumo conectados a la corriente 342, 344, cada uno de los cuales está dotado de una entrada de corriente conectada a una fuente de alimentación interna para suministrar internamente corriente continua a los elementos del dispositivo y también a un emisor/receptor de UWB 346 acoplado a la entrada de corriente mediante un medio de acoplamiento 348. El controlador 326 es similar, e incluye la fuente de alimentación 350 alimentada por la corriente y un controlador de red 352 para, por ejemplo, controlar en el tiempo y/o la frecuencia del acceso del dominio a parte o a la totalidad de la red para los transmisores de los emisores/receptores 346.

Un dispositivo electrónico de consumo alimentado por pilas 354 incluye un receptor de UWB 356 y, opcionalmente, un transmisor de UWB (no mostrado). El dispositivo 354 puede recibir señales de UWB irradiadas desde las líneas eléctricas y, dado que carece de acceso directo a la propagación de la señal de UWB facilitada por el cableado eléctrico, puede transmitir por medio de un intermediario, como uno de los dispositivos 342, 344, o del controlador 326. De manera alternativa, las transmisiones de UWB desde el dispositivo 354 pueden acoplarse de forma inalámbrica en el cableado de la red eléctrica.

La Figura 3c muestra una configuración alternativa de cableado para la distribución de energía eléctrica a la que pueden aplicarse también las técnicas aquí descritas. En la Figura 3c, los elementos homólogos a los de las Figuras 3b y 3a están indicados por números similares.

Las Figuras de la 4a a la 4f muestran alternativas para acoplar un transmisor de UWB al cableado eléctrico. Refiriéndonos a la Figura 4a, el cableado eléctrico generalmente consta de un par de conductores 400, 402 para las conexiones de fase y neutro y, opcionalmente, de un tercer conductor 404 para proporcionar una conexión a tierra. Una salida 406 de un transmisor de UWB normalmente proporcionado a una antena de transmisión puede acoplarse, en cambio, o bien a uno o a ambos conductores de fase y neutro 400, 402 mediante un condensador de acoplamiento 408. La Figura 4b ilustra el acoplamiento tanto al conductor de fase como al neutro mediante un par de condensadores 408. La línea 406 puede constar, por ejemplo, de una salida de un amplificador de potencia 138 del transmisor de las Figuras 1b, 1c o 1d. El condensador de acoplamiento 408 se escoge para que tenga una impedancia elevada a las frecuencias de la corriente eléctrica, pero una impedancia reducida a las frecuencias relativamente altas empleadas para las transmisiones de UWB, o sea, una impedancia relativamente elevada en torno a los 50 Hz y una impedancia baja por encima, por ejemplo, de 1 GHz. Puede emplearse un componente diferenciado con un valor de, digamos, 1 nF, pero, en la práctica, no es preciso que el condensador sea un elemento voluminoso y puede constar simplemente de la capacitancia entre un conductor de acoplamiento 410 y uno o más de los conductores del cableado eléctrico, como se muestra en la Figura 4c. De forma alternativa, puede emplearse un transmisor de UWB con un amplificador de salida 412 que proporcione un voltaje diferencial o una salida de corriente 414a, b con condensadores de acoplamiento gemelos 408a, b, como se muestra en la Figura 4d. Los conductores de la red de suministro eléctrico actúan, hasta cierto punto, a modo de línea de transmisión con fugas, particularmente en los puntos en que los conductores están retorcidos, y, así, la energía de radiofrecuencia tiende a propagarse mucho entre los conductores, aunque escapándose en torno a los conductores para proporcionar un campo electromagnético de potencia relativamente acrecentada pero localizado.

La Figura 4e muestra un sistema alternativo adicional para acoplar una transmisión de UWB a un par de conductores del cableado de corriente, basado en el circuito de la Figura 1h, como se describe en el documento US 6.400.754, circuito que se incorpora aquí explícitamente a modo de referencia. En la Figura 4e se aplica la "entrada en H" de los FET 210 mediante los condensadores de acoplamiento 408 a los conductores de fase y neutro 400, 402 del cableado de corriente para proporcionar una entrada de corriente al cableado de corriente eléctrica. La corriente fluye por los condensadores 408 y los conductores del cableado eléctrico 400, 402 y también por el dispositivo electrónico de consumo 416 (enchufado al suministro eléctrico), formando un circuito. Se observará que, debido a la presencia de los condensadores de acoplamiento 408, la corriente fluirá únicamente durante las transiciones, donde una u otra de las líneas de control 212, 214 está cambiando de estado, pero, dado que la antena de LCR 208, como se ha descrito con anterioridad, irradia únicamente durante tales transiciones, en la práctica esto puede no suponer una limitación significativa.

La Figura 4f muestra otra alternativa adicional para acoplar una transmisión de UWB al cableado de corriente eléctrica que puede emplearse donde exista un circuito o conexión cableada a tierra. En el ejemplo ilustrativo de la Figura 4f el conductor de corriente 404 acaba en una pica de toma de tierra 418 u otra conexión a tierra, por ejemplo, una tubería de agua fría. Para lograr un grado de aislamiento entre un transmisor de UWB conectado al cableado eléctrico y a tierra puede incluirse un choque de radiofrecuencia 420 en el circuito de tierra inmediatamente adyacente a la conexión real a tierra a nivel más bajo 418. Donde haya una pluralidad de tales conexiones directas a tierra, puede incluirse un choque de radiofrecuencia en serie inmediatamente adyacente a cada una. El choque de radiofrecuencia debería seleccionarse para que tuviese una impedancia elevada a las transmisiones a las frecuencias dentro del ancho de banda del transmisor de UWB, pero una impedancia reducida a las frecuencias de suelo más bajo. En particular, las frecuencias de la toma de corriente, de 50 Hz o de 60 Hz. En la práctica, pueden ser suficientes unas vueltas en un cable de tierra relativamente rígido adyacente a su punto de conexión a un conductor que lleve a tierra.

Pueden emplearse una o más de entre varias técnicas para reducir la susceptibilidad de la red de UWB al ruido presente en el cableado del suministro de energía eléctrica. Por ejemplo, pueden modificarse la transmisión y/o el ancho de banda de UWB, opcionalmente de forma adaptativa, por ejemplo mediante la formación del pulso antes de la transmisión. Por ejemplo, la frecuencia media/ancho de banda puede ajustarse para apartar la transmisión de UWB de las frecuencias con niveles elevados de interferencias. Adicionalmente, o de forma alternativa, la temporización de los impulsos (separación y/o ciclo de trabajo) puede ajustarse, por ejemplo, para que los valores nulos del espectro de frecuencias en peine coincida con la potencia máxima de los orígenes de las interferencias. Donde resulte necesario, pueden emplearse la combinación coherente de pulsos (o sea, la predetección), o hasta la combinación de postdetección para obtener una ganancia adicional de proceso. Pueden emplearse también técnicas relacionadas de correlación temporal u otras técnicas anti-interferencia, como la codificación por CDMA de los datos transmitidos.

No cabe duda de que a la persona versada se le ocurrirán muchas otras alternativas efectivas. Por ejemplo, las aplicaciones de las técnicas descritas anteriormente no están limitadas a los edificios domésticos, sino que pueden también emplearse en edificios dedicados a oficinas e industriales. De manera similar, aunque las técnicas se han descrito haciendo referencia al suministro monofásico que suele encontrarse en los edificios domésticos, pueden emplearse también las técnicas correspondientes con los circuitos trifásicos que se encuentran de forma más habitual en la industria.

En alternativas a los métodos y aparatos descritos con anterioridad, la distribución de señales de UWB basada en el cableado de energía eléctrica puede sustituirse (o suplementarse) con una distribución de señales de UWB basada en un sistema alternativo de cableado de edificios. Así, en vez de (o aparte de) uno o de los dos conductores eléctricos de un suministro de energía eléctrica, pueden emplearse uno o dos conductores de un cable de red informática, tal como un cable Cat 5, o uno o dos conductores de un cable telefónico para distribuir la señal de UWB. Por las razones ya mencionadas, la naturaleza pulsátil de la banda ultraancha de baja potencia de la señal reduce la probabilidad de interferencia a las señales existentes transportadas en estos cables.

Se entenderá que la invención no está limitada a los ejemplos de realización descritos y que abarca modificaciones evidentes a las personas versadas en la especialidad que caigan dentro del ámbito de las reivindicaciones presentadas a continuación.

Claims (11)

1. \global\parskip0.970000\baselineskip

   1. Un método de distribuir una señal de comunicaciones de banda ultraancha, UWB, por un edificio (300), consistiendo el método en:

   generar (346) una señal de UWB; y

   acoplar (348) la señal de UWB a al menos un conductor eléctrico (400, 402, 404) de un circuito de suministro de energía eléctrica (308) del edificio para distribuir la señal de UWB;

   caracterizándose el método por:

   generar una pluralidad de señales de UWB en una pluralidad de transmisores de UWB (346); y

   acoplar dicha pluralidad de señales de UWB al referido conductor eléctrico en una pluralidad de puntos diferentes (310) dentro del referido edificio;

   establecer una temporización común entre al menos un subconjunto de las referidas señales de UWB para reducir la interferencia; y

   variar una temporización de dicha señal de UWB para reducir la vulnerabilidad a la interferencia.

2. 2. Un método, como en la reivindicación 1, que consista además en recibir la referida señal de UWB en una pluralidad de puntos dentro del referido edificio.
3. 3. Un método, como se reivindica en la reivindicación 1 o en la 2, en el que el referido acoplamiento comprenda el acoplamiento capacitivo (408).
4. 4. Un método, como se reivindica en las reivindicaciones 1, 2 o 3, que comprenda el acoplamiento de la referida señal de UWB a dos conductores eléctricos del referido circuito de suministro de energía eléctrica.
5. 5. Un método, como se reivindica en la reivindicación 4, que comprenda además transmitir de manera diferenciada la referida señal de UWB a los dos conductores referidos.
6. 6. Un método, como se reivindica en la reivindicación 4, en el que el referido acoplamiento comprenda aplicar un impulso de corriente a los referidos conductores eléctricos.
7. 7. Un método, como se reivindica en cualesquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que el referido acoplamiento se realice en un punto central de distribución (326) del referido circuito de suministro de energía eléctrica del referido edificio.
8. 8. Un aparato para distribuir una señal de comunicaciones de banda ultraancha, UWB, por un edificio (300), constando el aparato de:

   medios (346) para generar una señal de UWB;

   medios (348) para acoplar la señal de UWB a al menos un conductor eléctrico (400, 402, 404) de un circuito de suministro de energía eléctrica (308) del edificio para distribuir la señal de UWB; y

   caracterizado por:

   medios para generar una pluralidad de señales de UWB en una pluralidad de transmisores de UWB (346);

   medios para acoplar dicha pluralidad de señales de UWB al referido conductor eléctrico en una pluralidad de puntos diferentes (310) dentro del referido edificio; y

   medios para establecer una temporización común entre al menos un subconjunto de las referidas señales de UWB para reducir la interferencia; y

   medios para variar una temporización de dicha señal de UWB para reducir la vulnerabilidad a la interferencia.

9. 9. Un dispositivo electrónico de consumo que incorpora el aparato de la reivindicación 8.
10. 10. Un dispositivo electrónico de consumo, como se reivindica en la reivindicación 9, en el que el dispositivo electrónico de consumo esté alimentado por corriente de la red eléctrica.
11. 11. Una red de comunicaciones de datos que incluya el aparato de la reivindicación 8.