ES2252247T3 - Procedimiento para la formacion del haz para el sentido descendente en un sistema de comunicaciones por radio. - Google Patents
Procedimiento para la formacion del haz para el sentido descendente en un sistema de comunicaciones por radio.Info
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Abstract
Procedimiento para la formación del haz en un sistema de comunicaciones por radio con al menos una estación de abonado (MSk, MS1 a MSn) y una estación de base (BS), que presenta un equipo de antenas (AE) con varios elementos de antena (A1 a AM), que emiten una señal descendente (downlink) y reciben una señal ascendente (uplink) de la estación de abonado, caracterizado porque (a) se captan los retardos de diferentes vías de propagación entre estación de base (BS) y estación de abonado (MSk), (b) la estación de base (BS) capta direcciones de procedencia de aportaciones con distintos retardos de la señal ascendente (uplink), (c) la estación de abonado (MSk) evalúa la calidad de recepción de aportaciones con distintos retardos de la señal hacia abajo (downlink) y señaliza al menos aquel retardo cuya aportación presenta la mejor calidad de recepción a la estación de base (BS), y porque (d) la estación de base (BS) emite a la estación de abonado (MSk) en la dirección de procedencia de aquella aportación de la señal hacia arriba (uplink) cuyo retardo se corresponde con el retardo señalizado.
Description
Procedimiento para la formación del haz para el
sentido descendente en un sistema de comunicaciones por radio.
La invención se refiere a un procedimiento para
la formación del haz en un sistema de comunicaciones por radio, con
una estación de base, cuyo equipo de antenas asociado dispone de
varios elementos de antena, con lo que es posible una resolución
espacial en la formación del haz.
En los sistemas de comunicaciones por radio se
transmiten mensajes (voz, información de imágenes u otros datos), a
través de canales de transmisión con ayuda de ondas
electromagnéticas (interfaz de radio). La transmisión tiene lugar
tanto en el sentido descendente (downlink) desde la estación de base
hasta la estación de abonado, como también en el sentido ascendente
(uplink) desde la estación de abonado hasta la estación de base.
Las señales que se transmiten con las ondas
electromagnéticas están sometidas durante su propagación en un medio
de propagación, entre otros, a perturbaciones debidas a
interferencias. Las perturbaciones debidas a ruidos pueden
presentarse, entre otros, debido a ruidos de la etapa de entrada del
receptor. Debido a difracciones y reflexiones, los componentes de la
señal recorren distintas vías de propagación. Esto trae por un lado
como consecuencia que una señal pueda llegar al receptor de forma
múltiple, en cada caso a partir de diferentes direcciones con
distintos retardos, atenuaciones y posiciones de fase, y por otro
lado pueden superponerse aportaciones de la señal de recepción de
manera coherente con relaciones de fase cambiantes en el receptor y
allí dar lugar a efectos de extinción en una escala de tiempo corta
(fast fading).
Por la DE 197 12 549 A1 se conoce la práctica de
utilizar antenas inteligentes (smart antennas), es decir, sistemas
de antenas con varios elementos de antena, para aumentar la
capacidad de transmisión en la dirección ascendente. Los mismos
permiten una orientación específica de la ganancia de la antena en
una dirección, desde la que viene la señal ascendente.
Por A.J. Paulraj, C.B. Papadias "Procesamiento
espacio-tiempo para comunicaciones sin hilos",
IEEE Signal Processing Magazine, Nov. 1997, págs.
49-83, se conocen distintos procedimientos para la
separación espacial de señales para los sentidos ascendente y
descendente.
Para la dirección descendente, es decir, desde la
estación de base hasta la estación de abonado, se presentan
dificultades especiales, ya que la formación del haz ha de
realizarse antes de la influencia del canal de radio sobre las
señales transmitidas. Por R. Schmalenberger, J.J. Blanz, "Una
comparación de dos algoritmos diferentes para el equilibrado
multiantena C/I", Proc. 2nd European Personal Mobile
Communications Conference (EPMCC), Bonn, Alemania, Sept. 1997, págs.
483-490, se conoce un algoritmo de formación del haz
en dirección descendente, presuponiéndose una ruta de propagación
directa (enlace visual) entre las estaciones de base y las
estaciones de abonado y un cálculo iterativo de los vectores de
formación del haz. Con cada modificación de las características del
canal de transmisión, ha de repetirse por completo el costoso
cálculo iterativo.
Por la DE 198 03 188 A se conoce un procedimiento
en el que se determina una matriz espacial de covarianza para un
enlace desde una estación de base hasta una estación de abonado. En
la estación de base se calcula un vector propio a partir de la
matriz de covarianza para las señales ascendentes. En el caso de un
sistema FDD, se ponderan las señales de emisión para el enlace con
el vector propio obtenido como vector de formación del haz y se
llevan a elementos de antenas para la emisión.
Dicho de manera clara, este procedimiento calcula
en un entorno con propagación multivía una vía de propagación con
buenas propiedades de transmisión y concentra la potencia de emisión
de la estación de base espacialmente en esta vía de propagación. De
esta manera, no obstante, no puede impedirse que las interferencias
existentes en esta vía de transmisión puedan llevar a corto plazo a
la extinción de señales y con ello a interrupciones de la
transmisión.
Las recomendaciones del 3GPP (3ª generación del
proyecto de partenariado, http://www.3gpp.org/) prevén por lo
tanto procedimientos en los que la estación de abonado estima una
respuesta de impulso de canal a corto plazo h_{m} del canal del
elemento de antena número m hacia la estación de abonado y calcula
factores de ponderación w_{m}, con los que ha de ser ponderada la
señal de emisión antes de la emisión a través del elemento de antena
número m. Los correspondientes conceptos han sido tratados también
en M. Raitola, A. Hottinen y R. Wichmann, "Diversidad de
transmisión en banda ancha de CDMA", aparecido en Proc. 49º IEEE
Vehicular Technology Conf. Spring (VTC ’99 Spring), págs.
1545-1549, Houston, Texas 1999.
Un grave problema de este procedimiento es que el
vector de los factores de ponderación estimado por la estación de
abonado ha de ser transmitido a la estación de base y que para ello,
según las recomendaciones del 3GPP, sólo se dispone de una pequeña
anchura de banda de un bit por ranura de tiempo. Por lo tanto, los
vectores sólo pueden transmitirse cuantificados "grosso modo".
Cuando el canal varía rápidamente y las ponderaciones han de ser
actualizadas de una ranura de tiempo a otra, pueden ajustarse
solamente dos posiciones de fase relativas distintas de los
elementos de antena. Cuando el canal varía más lentamente y por
ejemplo se dispone de cuatro ranuras de tiempo para la transmisión
del vector, pueden representarse siempre 16 distintos valores del
vector.
Los conceptos conocidos llegan no obstante a sus
límites cuando la cantidad de elementos de antena de la estación de
base es mayor que dos, ya que la anchura de banda necesaria para
transmitir el vector aumenta con la correspondiente cantidad de
componentes, es decir, con la cantidad de elementos de antena. Esto
significa que ciertamente sería deseable un gran número de elementos
de antena, por un lado, para poder orientar de la manera más precisa
posible el haz de emisión, pero por otro lado y debido a la limitada
anchura de banda disponible, el factor de ponderación no puede
actualizarse tan a menudo como sería necesario para la adaptación a
la rápida extinción (fading).
La invención tiene como tarea básica indicar un
procedimiento mejorado para la formación del haz, que permita una
formación fiable del rayo en la dirección descendente
(downlink).
Esta tarea se resuelve mediante el procedimiento
correspondiente a la invención con las particularidades de la
reivindicación 1.
Perfeccionamientos ventajosos son objeto de las
reivindicaciones dependientes.
El procedimiento correspondiente a la invención
para la transmisión de datos se utiliza en un sistema de
comunicaciones por radio con una estación de base y al menos una
estación de abonado. Las estaciones de abonado son por ejemplo
estaciones móviles, como es el caso en una red de telefonía móvil, o
bien estaciones fijas, como es en el caso de las llamadas redes de
acceso de abonado para la conexión del abonado sin hilos. La
estación de base dispone de un equipo de antenas (smart antenna) con
varios elementos de antena. Los elementos de antena permiten una
recepción orientada o bien una transmisión orientada de datos a
través de la interfaz.
Las señales descendentes emitidas por el sistema
de antenas pueden llegar a la estación de abonado por distintas
vías de propagación, que en cada caso se caracterizan por un tiempo
de recorrido, una dirección de propagación preferente y una
atenuación. Entonces varían el tiempo de recorrido y la dirección de
propagación en la práctica sólo lentamente o no varían en absoluto
cuando emisor y receptor están fijos, y por el contrario la
atenuación puede considerarse compuesta por una componente que
igualmente se mueve lentamente o bien no se mueve y una componente
que varía rápidamente, debido a fluctuaciones de fase sobre la vía
de propagación, la llamada Fast Fading (extinción rápida).
Para evitar una interrupción de la transmisión
desde la estación de base a la estación de abonado debida al fast
fading, es necesario que la estación de base pueda tener en cuenta
las condiciones de extinción en la estación de abonado cuando se
forma el haz. Estas condiciones sólo pueden medirse en la estación
de abonado. Estación de abonado y estación de base deben por lo
tanto ponerse de acuerdo respecto a la extinción de tal manera que
precise de una anchura de banda lo más pequeña posible. Para ello es
necesario, según la invención, que primero se capten los retardos
de distintas vías de propagación entre estación de base y estación
de abonado, con lo que los mismos son conocidos en ambas
estaciones. Puesto que el tiempo de recorrido en sentido ascendente
(uplink) y descendente (downlink) es el mismo, puede realizarse su
captación en una de ambas señales o en ambas. La estación de base
capta direcciones de origen de aportaciones con distinto retardo de
la señal de sentido ascendente (uplink). Estas direcciones de
origen se corresponden con las direcciones en las que puede
propagarse en cada caso la señal descendente (downlink) para
alcanzar la estación de abonado con la mínima atenuación.
La estación de abonado a su vez evalúa la calidad
de recepción de aportaciones con distintos retardos de la señal
descendente y señaliza a la estación de base al menos aquel retardo
cuya aportación presenta la mejor calidad de recepción. Para
evaluar la calidad de recepción pueden emplearse criterios como
intensidad de la señal de recepción, tasa de errores de bits,
dimensión o ausencia de interferencias debido a señales de otras
estaciones, etc. En base a los retardos señalizados, identifica la
estación de base la dirección de procedencia que se corresponde con
el mismo retardo, y emite a la estación de abonado orientada en esta
dirección de procedencia.
Tal como se ve, en este procedimiento solamente
es necesario transmitir un único valor de datos como información de
control a la estación de base para poder controlar una nueva
orientación del haz descendente (downlink). En particular, la
cantidad o número de bits de la información de control a transmitir
es independiente de la cantidad de elementos de antena del equipo
de antenas. El procedimiento permite por lo tanto un control
eficiente de la formación del haz en estaciones de base con
numerosos elementos de antena, que permiten una emisión fuertemente
concentrada en un haz y con ello la utilización común de un canal
por parte de una gran cantidad de estaciones de abonado dentro de
una misma célula de un sistema de telefonía móvil celular.
En el caso de que los retardos sólo sean medidos
por una de las dos estaciones, es necesario transmitir los mismos a
la otra estación en cada caso. Pero puesto que los retardos sólo
varían lentamente en el curso de la existencia de una comunicación
entre estación de abonado y estación de base, es suficiente que esta
transmisión tenga lugar a intervalos de tiempo de algunos segundos
hasta minutos, y por el contrario la transmisión del retardo con en
cada caso la mejor calidad de recepción desde la estación de abonado
hasta la estación de base debe tener lugar con una frecuencia que
sea un múltiplo de la anterior, para permitir una reacción efectiva
a una rápida extinción (fading).
Según un perfeccionamiento especialmente
preferente del procedimiento, se miden los retardos de las distintas
vías de propagación desde la estación de base y desde la estación
de abonado en cada caso con independencia una de otra. Esto hace
que sea superflua una transmisión de los retardos medidos entre las
estaciones y ahorra así anchura de banda de transmisión.
Para permitir una medición de los retardos por
parte de la estación de abonado, es conveniente que una parte de la
señal descendente se emita omnidireccionalmente, con lo que la misma
puede alcanzar la estación de abonado por todas las vías de
propagación existentes y la estación de abonado realiza la medición
del retardo en base a esta parte omnidireccional. En esta parte
emitida omnidireccionalmente están contenidas, ventajosamente,
secuencias de ensayo, que son conocidas a la estación de abonado y
que le facilitan el reconocimiento y la evaluación de estas partes
de la señal descendente (downlink).
Otra reducción adicional de la cantidad de datos
a transmitir de retorno desde la estación de abonado hasta la
estación de base para la formación del haz se logra cuando el aviso
del retardo cuya aportación presenta la mejor calidad de recepción,
no tiene lugar por ejemplo mediante la transmisión de un valor de
medida de este retardo, sino mediante la transmisión de un índice,
o dicho de manera más precisa, de un número entero pequeño. Cuando
la cantidad de retardos captados está predeterminada y limitada, por
ejemplo a dos o a cuatro, entonces es suficiente la transmisión de
uno o dos bits desde la estación de abonado a la estación de base
para aportar a ésta la información completa sobre aquel retardo que
actualmente presenta la mejor recepción por parte de la estación de
abonado.
El aviso del retardo cuya apotación presenta la
mejor calidad de recepción se realiza, ventajosamente, de manera
cíclica, teniendo lugar una asignación de los índices a los
distintos retardos a intervalos de tiempo que se corresponden con
múltiples ciclos del aviso del retardo.
Para permitir una adaptación a distintas
condiciones de recepción, es ventajoso hacer variable la cantidad
de retardos señalizados en cada ciclo a la estación de base. Así en
una primera variante del procedimiento es posible transmitir
exactamente un retardo o bien su índice a la estación de base que se
corresponde con la aportación mejor recibida en ese momento por la
estación de abonado. Esto permite a la estación de base concentrar
su potencia de emisión en una única vía de transmisión y minimizar
de esta manera la potencia de emisión aportada en total para el
enlace con la estación de abonado. De esta manera se minimizan
también perturbaciones de otras estaciones de abonado debidas a la
señal descendente (downlink) destinada a la estación de abonado
considerada. Esta variante es especialmente conveniente cuando entre
la estación de abonado y la estación de base existe una vía directa
de transmisión (vía de transmisión Line of Sight) sobre la que no es
de temer ninguna extinción de señal debido a un fading rápido. Bajo
otras condiciones puede ser conveniente transmitir dos índices a la
estación de base que se correspondan en cada caso con las dos
aportaciones mejores a recibir de la señal descendente (downlink).
En esta segunda variante permanece la señal descendente (downlink)
en condiciones de ser recibida por la estación de abonado incluso
cuando una de ambas vías de transmisión se ve afectada por la
extinción. Puede además pensarse en una tercera variante en la que
juntamente con el índice se transmita también una información sobre
las intensidades relativas de recepción de las aportaciones
correspondientes a los índices desde la estación de abonado a la
estación de base. Esto permite a la estación de base adaptar la
potencia de emisión relativa sobre las dos vías de transmisión
correspondientes a los dos índices a transmitir de manera flexible
a la intensidad de señal recibida por la estación de abonado y de
esta manera optimizar la capacidad de transmisión total del sistema
de telecomunicaciones.
Puesto que en estas tres variantes la cantidad de
informaciones de control a transmitir en cada ciclo a la estación
de base para la formación del haz es diferente, y no obstante la
anchura de banda disponible en sistemas WCDMA para esta transmisión
de retorno está limitada, se elige diferente, de manera conveniente,
la duración del ciclo en cada variante individual en función de la
cantidad de datos a transmitir de retorno. Cuando se supone que en
una ranura de tiempo asignada a la estación de abonado en cada caso
se dispone de un bit para la transmisión de retorno de la
información de control y la cantidad de retardos captados es de 4,
entonces esto significa que en la primera variante son necesarias
dos ranuras y en la segunda variante son necesarias cuatro ranuras
de tiempo para transmitir una información de control completa a la
estación de base. En el caso de la tercera variante, la cantidad de
datos a transmitir depende de la resolución con la que deben ser
transmitidas las intensidades relativas de las distintas
aportaciones. Si se supone una resolución de dos bits, han de
transmitirse entonces cuatro bits por cada ciclo, y resulta una
duración de ciclo cuatro ranuras de tiempo. Estas distintas
variantes pueden implementarse convenientemente en un sistema de
comunicaciones por radio como clases de servicio diferentes,
utilizándose en función de las condiciones de transmisión entre
estación de base y estación de abonado una de las variantes.
Para asegurar un entendimiento sin problemas
entre la estación de abonado y la estación de base en relación con
los retardos a utilizar en cada caso, es necesario que la asignación
de los índices a los retardos sea la misma en ambas estaciones. En
el caso de que los retardos sólo sean medidos en una estación y se
transmitan a la otra estación en cada caso, esta asignación puede
ser arbitraria. En el caso de que ambas estaciones midan los
retardos independientemente entre sí, es necesario un criterio común
para la asignación de los índices. Es preferible aquí una
asignación en la secuencia de calidad de recepción media
descendente. La razón por la que se propone una comunicación de la
calidad de recepción es que como consecuencia de las
correspondientes extinciones diferentes en sentido ascendente
(uplink) y descendente (downlink), una evaluación realizada a lo
largo de un corto periodo de tiempo de una o varias ranuras de
tiempo puede dar como resultado perfectamente una secuencia
diferente de las calidades de recepción en uplink y downlink. La
calidad de recepción se propone como criterio porque una indexación
según la secuencia en el tiempo puede dar lugar a distintos
resultados en el caso de que una de las dos estaciones compute una
aportación débil con pequeño retardo y la otra no. Por el
contrario, en una indexación según la secuencia de la calidad de
recepción, queda excluido un problema como el indicado.
A continuación se describen ejemplos de ejecución
más en detalle en base al dibujo. Se muestra en:
Fig. 1 un diagrama de circuitos por bloques de
una red de telefonía móvil;
Fig. 2 un diagrama de circuitos por bloques de la
estación de base;
Fig. 3 un diagrama de flujo del procedimiento
correspondiente a la invención;
Fig. 4 una matriz de los retardos y direcciones
de procedencia de la señal uplink y
Fig. 5 un vector de los retardos de la señal
downlink.
La figura 1 muestra la estructura de un sistema
de comunicaciones por radio, en el que puede utilizarse el
procedimiento correspondiente a la invención. El mismo está
compuesto por múltiples puestos de conmutación móviles MSC,
enmallados entre sí o bien que generan el acceso a una red fija
PSTN. Además, estos puestos de conmutación móvil MSC están unidos
con en cada caso al menos un controlador de estación de base BSC.
Cada controlador de estación de base BSC permite a su vez un enlace
con al menos una estación de base BS. Una tal estación de base BS
puede establecer a través de una interfaz de radio un enlace de
mensajes con estaciones de abonado MS. Para ello están equipadas al
menos algunas de las estaciones de base BS con equipos de antenas
AE, que presentan varios elementos de antena (A_{1} -
A_{M}).
En la figura 1 se representan a modo de ejemplo
enlaces V1, V2, Vk para la transmisión de informaciones útiles e
informaciones de señalización entre estaciones de abonado MS1, MS2,
MSk, MSn y una estación de base BS. Las distintas vías de
transmisión del enlace V_{k} están simbolizadas mediante flechas
entre la estación de base BS y la estación de abonado MSk. Un
centro de operación y mantenimiento OMC realiza funciones de control
y mantenimiento para la red de telefonía móvil o bien para partes
de la misma. La funcionalidad de esta estructura puede trasladarse
a otros sistemas de comunicaciones por radio, en los que puede
utilizarse la invención, en particular para redes de acceso de
abonado con conexión de abonado sin hilos.
La figura 2 muestra esquemáticamente la
estructura de una estación de base BS. Un equipo de generación de
señales SA compone la señal de emisión destinada a la estación de
abonado MSk en bloques de radio y la asigna a un canal de
frecuencia TCH. Un equipo emisor/receptor TX/RX recibe la señal de
emisión s_{K}(t) del equipo de generación de señales SA.
El equipo emisor/receptor TX/RX incluye una red de formación del haz
en la que la señal de emisión
s_{k}(t) para la estación de abonado MSk se combina con señales de emisión s_{1}(t), s_{2}(t), ..., destinadas a otras estaciones de abonado, a las que se les ha asignado la misma frecuencia de emisión. La red de formación del haz incluye para cada señal de emisión y cada elemento de antena, un multiplicador M, que multiplica la señal de emisión s_{k}(t) por una componente w_{m}^{(k)} de un factor de ponderación w^{(k)}, que está asignado a la estación de abonado de recepción MSk y que determina la característica direccional de la señal descendente (downlink) emitida a la estación de abonado MSk. Las señales de salida de en cada caso un multiplicador M asociado a un elemento de antena A_{m}, m = 1, ..., M son sumadas por un sumador AD_{m}, m = 1, 2, ..., M, transformadas en analógicas por un convertidor digital/analógico DAC, convertidas a la frecuencia de emisión (HF) y amplificadas en un amplificador de potencia PA, antes de alcanzar el elemento de antena A_{1}, ...,A_{M}. Una estructura análoga a la red de formación del haz descrita, que en la figura no está propiamente representada, está dispuesta entre los elementos de antena A_{1,} A_{2}, ...,A_{M} y un procesador digital de señales DSP, para separar la mezcla recibida de señales ascendentes (uplink) en las aportaciones de las distintas estaciones de abonado y llevar éstas separadamente al
DSP.
s_{k}(t) para la estación de abonado MSk se combina con señales de emisión s_{1}(t), s_{2}(t), ..., destinadas a otras estaciones de abonado, a las que se les ha asignado la misma frecuencia de emisión. La red de formación del haz incluye para cada señal de emisión y cada elemento de antena, un multiplicador M, que multiplica la señal de emisión s_{k}(t) por una componente w_{m}^{(k)} de un factor de ponderación w^{(k)}, que está asignado a la estación de abonado de recepción MSk y que determina la característica direccional de la señal descendente (downlink) emitida a la estación de abonado MSk. Las señales de salida de en cada caso un multiplicador M asociado a un elemento de antena A_{m}, m = 1, ..., M son sumadas por un sumador AD_{m}, m = 1, 2, ..., M, transformadas en analógicas por un convertidor digital/analógico DAC, convertidas a la frecuencia de emisión (HF) y amplificadas en un amplificador de potencia PA, antes de alcanzar el elemento de antena A_{1}, ...,A_{M}. Una estructura análoga a la red de formación del haz descrita, que en la figura no está propiamente representada, está dispuesta entre los elementos de antena A_{1,} A_{2}, ...,A_{M} y un procesador digital de señales DSP, para separar la mezcla recibida de señales ascendentes (uplink) en las aportaciones de las distintas estaciones de abonado y llevar éstas separadamente al
DSP.
Un equipo de memoria SE contiene para cada
estación de abonado MSk un conjunto de factores de ponderación
w^{(k,1)}, w^{(k,2)}, ..., entre los cuales ha sido elegido el
factor de ponderación w^{(k)} utilizado por los multiplicadores
M.
La figura 3 muestra esquemáticamente la secuencia
del procedimiento correspondiente a la invención para la estación
de abonado MSk y la estación de base BS. Las etapas del
procedimiento están dotadas en la figura de los índices M o bien B,
en función de si son ejecutadas por la estación de abonado o por la
estación de base. En las etapas 1_{M}, 1_{B}, envían la
estación de abonado y la estación de base bloques de datos en cada
caso a la otra estación, que contienen secuencias de ensayo
conocidas a la otra estación. Estas señales alcanzan la otra
estación en cada caso por diversas vías de transmisión que se
distinguen por su tiempo de recorrido de señal. Un buscador de
exploración (Rake Searcher) sirve para medir los retardos de las
distintas aportaciones. La secuencia de ensayo enviada por la
estación de abonado MSk es específica para esta estación de abonado
y casi ortogonal respecto a las secuencias de ensayo que se envían
simultáneamente por otras estaciones de abonado MS1, MS2, ...
alimentadas por la misma estación de base. Esta ortogonalidad
permite a la estación de base identificar para cada retardo la
secuencia de ensayo de la estación de abonado MSk en la señal de
recepción de cada elemento de antena individual A_{1}, ...,
A_{M}, independientemente de las señales de recepción de los
otros elementos de antena y determinar de esta manera la posición
relativa en fase de la señal de recepción en los distintos
elementos de antena, así como su atenuación. La totalidad de las
posiciones en cuanto a fase representa una dirección desde la que
se recibe la señal.
El resultado de la medición del retardo (etapa
2_{B}) y la captación de las fases (etapa 3_{B}) puede
representarse en forma de la matriz de la figura 4. En esta matriz
cada línea se corresponde con un retardo \tau_{1},
\tau_{2}, ... captado por el buscador de exploración, y con ello
con una vía de propagación, y cada columna se corresponde con una
dirección de procedencia. Aquellas combinaciones de retardo y
dirección de procedencia para las que se ha recibido una potencia
apreciable de la señal ascendente (uplink), se representan en la
matriz mediante unos, y las combinaciones a las que no corresponde
ninguna potencia de señal ascendente (uplink) apreciable, se
representan mediante ceros.
Una correspondiente medición de los retardos
(etapa 2_{M}) se realiza también en la estación de abonado MSk.
El resultado de una medición como ésta puede representarse como
vector, tal como se muestra en la figura 1. Aquí corresponde cada
casilla del vector a un retardo, no siendo necesaria una
diferenciación en función de la dirección de procedencia de la
señal en la estación de abonado MSk.
Las etapas del envío de un bloque de datos y de
la medida de los retardos y, en el caso de la estación de base, de
la captación de las direcciones de procedencia, se repiten para
múltiples ranuras de tiempo y los vectores o bien matrices
obtenidos se suman. Al respecto, la suma obtenida para cada retardo
individual en el caso de la estación de abonado o bien para cada
combinación de dirección y retardo en el caso de la estación de
base es tanto más grande cuanto más a menudo se ha observado una
potencia de transmisión significativa, es decir, cuanto menor es la
atenuación de la correspondiente vía de transmisión o bien cuanto
menos esté afectada ésta por fluctuaciones de fase. En la matriz
sumatoria así obtenida se calcula en la etapa 2_{B} el valor
numérico máximo de cada línea y una cantidad determinada, por
ejemplo 4, de retardos, que se corresponden con las filas con los
valores numéricos más grandes captados, los cuales obtienen índices
1 a 4, asociados en la secuencia de valores de cómputo
decrecientes. Los vectores de ponderación que se corresponden con
las direcciones con los máximos valores numéricos en cada caso, se
memorizan en la unidad de memoria SE.
De manera análoga lleva a cabo la estación de
abonado MSk una suma (etapa 4_{M}) sobre los vectores recibidos y
asigna en la etapa 5_{M} a los cuatro retardos que han alcanzado
los máximos valores numéricos los índices 1 a 4 en la secuencia de
los valores numéricos descendentes.
Puesto que la calidad promedia de transmisión en
los sentidos uplink y downlink es la misma, el resultado de esta
evaluación de la calidad de recepción en la estación de abonado y en
la estación de base es la misma, es decir, los índices designan en
cada caso los mismos retardos en la estación de abonado y en la
estación de base, sin que ambas estaciones tengan que coordinarse
sobre el significado de los índices.
En la fase de trabajo del procedimiento que sigue
a continuación, envía en cada caso en la etapa 6_{B} la estación
de base BS un bloque de datos con una secuencia de ensayo a la
estación de abonado MSk, ésta evalúa en la etapa 7_{M} la calidad
de recepción de la secuencia de ensayo para los cuatro retardos
indexados y elige en la etapa 8_{M} el índice de aquel retardo que
aporta la máxima aportación a la señal recibida. En la etapa
9_{M} se transmite de retorno este índice como parte de un bloque
de datos a la estación de base BS, que a continuación extrae el
índice del bloque de datos y dado el caso adapta en la etapa
10_{B} el factor de ponderación, para orientar el haz descendente
(donwlink) a la vía de transmisión que se corresponde con el retardo
señalizado por la estación de abonado MSk. A continuación retorna la
estación de base BS a la etapa 6_{B}, con lo que queda cerrado un
ciclo de la fase de trabajo.
En el perfeccionamiento descrito del
procedimiento utiliza la estación de base BS en cada instante
exactamente un factor de ponderación correspondiente a uno de los
retardos indexados. Es decir, que en cada instante la potencia de
emisión de la estación de base BS está concentrada en una única vía
de transmisión. En el caso de que esta vía de transmisión esté
afectada por una extinción, puede llegarse a una interrupción de la
transmisión, desde luego sólo durante un ciclo, ya que con el
comienzo del siguiente ciclo la estación de base BS dispone de una
información actual sobre una vía de transmisión sobre la que la
estación de abonado MSk puede recibir bien.
Variaciones del procedimiento permiten la
utilización simultánea de varias vías de transmisión. Una primera
evolución de éstas prevé que en la etapa 8_{M} no se elija un
índice del retardo con la aportación máxima en cada caso a la señal
de recepción, sino los índices de en cada caso las dos aportaciones
más fuertes, que estos dos índices se transmitan a la estación de
base y que la estación de base en el siguiente ciclo emita por las
dos vías de transmisión correspondientes a estos índices. De esta
manera existe siempre una diversificación de las vías de
transmisión, con lo que el fallo de una sola de ellas no puede
llevar a la interrupción de la transmisión. En el caso de un
sistema de comunicaciones por radio cuyos bloques dispongan de una
capacidad de transmisión fuertemente limitada para los índices
elegidos, puede suceder, desde luego, que los índices deban ser
distribuidos entre dos bloques, con lo que la duración del ciclo del
procedimiento se dobla.
Evidentemente pueden también elegirse y
transmitirse en cada caso tres o más índices, que se correspondan
con las aportaciones más fuertes a la señal recibida por la estación
de abonado MSk, siempre que esto sea conveniente teniendo en cuenta
el número M de retardos indexados.
Una segunda evolución prevé en cada caso la
transmisión de un índice por ciclo a la estación de base,
modificándose desde luego la adaptación del factor de ponderación
en la etapa 10_{B}. En lugar de elegir como factor de ponderación
en cada caso el vector que se corresponde con el último índice
transmitido, forma la estación de base en la etapa 10_{B} en cada
caso la suma de los vectores de ponderación que se corresponden con
los dos últimos índices transmitidos. Cuando la calidad de
recepción de las distintas aportaciones en la estación de abonado
no fluctúa, el resultado de esta evolución es el mismo que en el
procedimiento descrito antes con referencia a la figura 3; en el
caso de que las calidades de recepción varíen, resulta
automáticamente una diversificación de las vías de transmisión.
Evidentemente, puede formarse en la etapa 10B
también una suma sobre más factores de ponderación que los que se
corresponden con los dos últimos índices transmitidos; también puede
pensarse en una formación de valor medio deslizante.
Según una tercera evolución del procedimiento,
puede transmitirse en la etapa 9_{M} no sólo el índice de en cada
caso las aportaciones más fuertes a la señal de recepción, sino
también una información sobre su magnitud relativa. De esta manera
aumenta la cantidad de información de control a transmitir desde la
estación de abonado a la estación de base, con lo que, cuando está
limitada la cantidad que puede transmitirse de informaciones de
control por cada ranura de tiempo asignada a la estación de abonado,
el ciclo del procedimiento debe alargarse dado el caso, para que la
información de control pueda transmitirse distribuida entre la
cantidad necesaria de ranuras de tiempo. Esta tercera evolución del
procedimiento es conveniente especialmente cuando la cantidad de
vías de transmisión o bien de retardos sobre cuya utilización han de
entenderse la estación de abonado y la estación de base está
limitada a dos. En el último caso, es suficiente precisamente para
un control completo de la formación del haz en la estación de base
que se transmita un único valor numérico desde la estación de
abonado hasta la estación de base, el cual describe la proporción
relativa de uno de los dos retardos en la potencia total de la señal
hacia abajo (downlink) emitida desde la estación de base a la
estación de abonado.
Evidentemente pueden combinarse también varias de
las variantes antes descritas. Así, por ejemplo en el caso de la
segunda variación, en el caso de que la cantidad de retardos o bien
vías de transmisión utilizados simultáneamente por la estación de
base esté limitado a dos, pueden, en una primera fase del ciclo,
transmitirse los índices de los retardos a utilizar y en una
segunda fase un único valor de relación para la determinación de las
potencias relativas a emitir por las dos vías de transmisión.
Además, pueden utilizarse las distintas variantes
antes descritas en un mismo sistema de comunicaciones por radio en
alternancia en el tiempo, adaptadas en cada caso a la situación de
recepción de la estación de abonado. Así, puede por ejemplo
utilizarse la variante descrita con referencia a la figura 3 en
especial cuando el sistema de comunicaciones por radio detecta que
entre la estación de base BS y la estación de abonado MSk existe
una vía directa de transmisión (Line of Sight). En este caso no es
necesaria ninguna diversificación de vías de transmisión y al
limitar la potencia de emisión a una única vía de transmisión, se
minimiza la potencia total de emisión de la estación de base y con
ello el peligro de perturbación de otras comunicaciones mediante la
comunicación entre estación de base BS y estación de abonado
MSk.
Por el contrario, la primera o la segunda
evolución son adecuadas especialmente para situaciones de recepción
con una rápida extinción (fading) donde, para el caso de que sobre
una de las vías de transmisión tenga lugar una extinción, ha de
existir al menos una vía de transmisión redundante, para evitar una
completa interrupción de la comunicación.
Una diversificación de las vías de transmisión
existe también en la tercera variante. Ésta tiene la ventaja de
que, mediante la regulación de potencia en las distintas vías de
transmisión, por un lado permite una minimización de la potencia
total de emisión de la estación de base y por otro lado una
optimización de la relación señal-perturbación en
la estación de abonado MSk. Debido a la longitud del ciclo,
relativamente grande, esta variante es adecuada especialmente para
estaciones de abonado que no se mueven o que sólo lo hacen
lentamente, como por ejemplo teléfonos móviles que son manejados
por peatones.
Claims (13)
1. Procedimiento para la formación del haz en un
sistema de comunicaciones por radio con al menos una estación de
abonado (MSk, MS1 a MSn) y una estación de base (BS), que presenta
un equipo de antenas (AE) con varios elementos de antena (A_{1} a
A_{M}), que emiten una señal descendente (downlink) y reciben una
señal ascendente (uplink) de la estación de abonado,
caracterizado porque
- (a)
- se captan los retardos de diferentes vías de propagación entre estación de base (BS) y estación de abonado (MSk),
- (b)
- la estación de base (BS) capta direcciones de procedencia de aportaciones con distintos retardos de la señal ascendente (uplink),
- (c)
- la estación de abonado (MSk) evalúa la calidad de recepción de aportaciones con distintos retardos de la señal hacia abajo (downlink) y señaliza al menos aquel retardo cuya aportación presenta la mejor calidad de recepción a la estación de base (BS), y porque
- (d)
- la estación de base (BS) emite a la estación de abonado (MSk) en la dirección de procedencia de aquella aportación de la señal hacia arriba (uplink) cuyo retardo se corresponde con el retardo señaliza-do.
2. Procedimiento según la reivindicación 1,
caracterizado porque los retardos de las
diferentes vías de propagación son medidos por la estación de base
(BS) en base a la señal ascendente (uplink) y transmitidos a la
estación de abonado.
3. Procedimiento según la reivindicación 1,
caracterizado porque los retardos de las
distintas vías de propagación son medidos por la estación de
abonado en base a la señal descendente (downlink) y transmitidos a
la estación de base.
4. Procedimiento según la reivindicación 1,
caracterizado porque los retardos de las
distintas vías de propagación son medidos por la estación de base
(BS) e independientemente de ello por la estación de abonado
(MSk).
5. Procedimiento según la reivindicación 3 ó
4,
caracterizado porque la captación de los
retardos de la señal descendente (downlink) se realiza en base a
partes de la señal descendente (downlink) que son emitidas
omnidireccionalmente por la estación de base (BS).
6. Procedimiento según la reivindicación 5,
caracterizado porque las partes emitidas
omnidireccionalmente de la señal descendente (downlink) son
secuencias de ensayo, que contienen símbolos conocidos por la
estación de abonado (MSk).
7. Procedimiento según una de las
reivindicaciones precedentes,
caracterizado porque a cada retardo
captado se le asocia un índice, y porque el aviso del retardo cuya
aportación presenta la mejor calidad de recepción, tiene lugar
mediante la transmisión del índice desde la estación de abonado
(MSk) a la estación de base (BS).
8. Procedimiento según la reivindicación 7,
caracterizado porque el aviso del retardo
cuya aportación presenta la mejor calidad de recepción, tiene lugar
cíclicamente y porque la asignación de los índices tiene lugar a
intervalos de tiempo que se corresponden con múltiples ciclos del
aviso del retardo.
9. Procedimiento según la reivindicación 8,
caracterizado porque la cantidad de
retardos señalizados en cada ciclo es variable.
10. Procedimiento según la reivindicación 9,
caracterizado porque la duración de un
ciclo es proporcional a la cantidad de los retardos señalizados en
el ciclo.
11. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 8 a 10,
caracterizado porque la estación de
abonado transmite para cada retardo una medida de la potencia de
emisión a utilizar sobre la vía de transmisión correspondiente al
retardo a la estación de base.
12. Procedimiento según la reivindicación 11,
caracterizado porque la medida de la
potencia de emisión a utilizar es la potencia recibida por la
estación de abonado (MSk) por la correspondiente vía de
transmisión.
13. Procedimiento según una de las
reivindicaciones precedentes,
caracterizado porque los índices de los
retardos se asocian en cada caso en la secuencia de la calidad de
recepción media descendente.
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