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.

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ES2252247T3 ES01944952T ES01944952T ES2252247T3 ES 2252247 T3 ES2252247 T3 ES 2252247T3 ES 01944952 T ES01944952 T ES 01944952T ES 01944952 T ES01944952 T ES 01944952T ES 2252247 T3 ES2252247 T3 ES 2252247T3
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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.
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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