ES2283194B2

ES2283194B2 - Emulador de canal mimo.

Info

Publication number: ES2283194B2
Application number: ES200502309A
Authority: ES
Inventors: Wsewolod Warzanskyj Garcia; Luis Cucala Garcia; Pedro Olmos Gonzalez
Original assignee: Telefonica SA
Current assignee: Telefonica SA
Priority date: 2005-09-22
Filing date: 2005-09-22
Publication date: 2008-07-16
Anticipated expiration: 2025-09-22
Also published as: ES2283194A1; MA28899B1; ATE434300T1; MXPA06010798A; BRPI0604193A; ES2326600T3; PE20070728A1; DE602006007273D1; AR056083A1; EP1768284B1; GT200600423A; EP1768284A1

Abstract

Emulador de canal MIMO (Múltiple Input Múltiple Output) con una matriz de transmisión, o equipo emulador de matriz de transmisión radio, para la medida de equipos transceptores radio de múltiples antenas transmisoras y múltiples antenas receptoras. El equipo emulador generaliza los procedimientos de medida de equipos transceptores radio de una única pareja de antenas al caso MIMO, emulando a nivel óptico la matriz de transmisión que representa el conjunto de caminos de propagación individuales entre cada antena transmisora y cada antena receptora, para lo cual comprende una serie de conversores electro-ópticos bidireccionales (2), así como una serie de elementos internos a dicha matriz adaptados para tratar las señales ópticas de salida de dichos conversores (2), tales como unos atenuadores ópticos variables (4) y unos elementos generadores de retardo variable (5).

Description

Emulador de canal MIMO.

Campo de la invención

La presente invención concierne a un emulador de canal para la caracterización de la calidad de transmisión y recepción de un equipo o conjunto de equipos transceptores radio que incorporan más de una antena transmisora y más de una antena receptora, conocidos con el acrónimo MIMO (Multiple Input Multiple Output).

Esta invención tiene su aplicación en el campo de las telecomunicaciones y más concretamente en el campo de las comunicaciones móviles. La invención no está constreñida a ningún sistema de comunicaciones en concreto, bien sea de segunda generación (2G), tercera generación (3G), redes móviles inalámbricas (WLAN), o sistemas de comunicaciones radio todavía no normalizados.

Antecedentes de la invención

Para la medida de calidad, definida como el valor de uno o varios parámetros, de un equipo transceptor radio en un laboratorio, el procedimiento que normalmente se sigue es el siguiente:

1.: Con un equipo adecuado, o equipo transmisor de señal de prueba, se genera una señal de prueba.

2.: La señal de prueba se inyecta al equipo transmisor radio objeto de la medida y también a un equipo receptor de señal de prueba.

3.: La señal radio de salida del equipo transmisor radio objeto de la medida se conecta a un emulador de canal radio.

4.: La salida del emulador de canal radio se conecta al equipo receptor radio objeto de la medida

5.: La salida del equipo receptor radio objeto de la medida se conecta al equipo receptor de señal de prueba.

6.: El equipo receptor de señal de prueba compara la señal de prueba proveniente del transmisor de señal de prueba con la proveniente del equipo receptor radio objeto de la medida. Del resultado de la comparación se cuantifica el parámetro o parámetros de calidad objeto de la medida.

El generador de señal de prueba y el receptor de señal de prueba pueden ser equipos separados o bien un único equipo, que incluye tanto el transmisor como el receptor. Generalmente son equipos de instrumentación comerciales, aunque también pueden ser equipos configurados por el operador del sistema de medida.

El emulador de canal puede ser un simple atenuador, que ajusta la potencia de salida del transmisor al margen dinámico del receptor, o puede ser también un equipo más complejo que simula efectos tales como desvanecimiento, o reflexiones múltiples. En lo que sigue, a este emulador, sea simple atenuador o simulador de desvanecimiento o reflexiones múltiples, se le denominará emulador de canal de una pareja de antenas.

En general los emuladores conocidos realizan la emulación mediante procesado digital de señal, que consiste en trasladar la señal de radiofrecuencia a frecuencia intermedia y digitalizada y, una vez digitalizada, se la procesa implementando numéricamente la característica de propagación multicanal, para a continuación volver a convertir la señal digital a analógica y trasladarla a radiofrecuencia.

Tal es el caso de la propuesta aportada por el artículo "A portable MIMO Testbed and Selected Channel Measurements", documento en el que se analiza un emulador mediante FPGAs, y por tanto con tratamiento de señales digitales, realizado en la Universidad de Alberta.

Otros emuladores de canales de transmisión de sistemas MIMO se halla propuesto por la solicitud de patente US 2003/0050020, la cual concierne a un emulador que trabaja directamente sobre la señal analógica, mediante una matriz mezcladora emuladora de canal, y teniendo en cuenta el ruido y las posibles señales interferentes. Los elementos que conforman dicha matriz son desfasadores, y combinadores, los cuales no son los más idóneos si se desean incluir retardos de propagación muy largos en el tiempo (superiores al microsegundo) en banda ancha ni tienen unos altos niveles de aislamiento entre los puertos de entrada y salida de señales de RF, al existir mecanismos de acoplamiento eléctrico significativos.

Aparece necesario ofrecer una alternativa al estado de la técnica que cubra las lagunas halladas en el mismo, en lo referente a sistemas emuladores de transceptores MIMO, que incorporen una serie de elementos y estructuras internas de características más ventajosas, en cuanto a rendimiento, tal como el referido a conseguir retardos de propagación muy largos en el tiempo, y sin las desventajas comentadas arriba, tal como el citado bajo nivel de aislamiento provocado por los mecanismos de acoplamiento eléctrico.

Descripción de la invención

La presente invención concierne a un equipo para la medida de equipos transceptores radio multiantena, o emulador de canal para la caracterización de la calidad de transmisión y recepción de dichos transceptores, también denominado emulador de matriz de transmisión.

La presente invención concierne a un emulador de canal MIMO, del tipo que se dispone entre al menos un transmisor y un receptor de radiofrecuencia multiantena y que comprende al menos una matriz de transmisión para medida de sistemas multiantena MIMO con NxM puertos de radiofrecuencia 1, de los cuales N son de entrada, a conectar a dicho transmisor multiantena, y M son de salida, a conectar a dicho receptor multiantena.

El emulador propuesto por la presente invención comprende una serie de conversores electro-ópticos bidireccionales asociados a dichos NxM puertos de radiofrecuencia, de dicha matriz de transmisión, para convertir unas señales de radiofrecuencia provinentes de dicho transmisor y/o de dicho receptor a señales ópticas y viceversa, y dicha matriz de transmisión está adaptada para tratar dichas señales ópticas con el fin de llevar a cabo al menos parte de la emulación a realizar por dicho emulador de canal.

Para un ejemplo de realización dicha matriz de transmisión comprende una serie de atenuadores ópticos variables para ajustar unas atenuaciones para cada unos de los trayectos posibles entre sus puertos, en el dominio óptico y/o una serie de elementos generadores de retardo variable para ajustar unos retardos para cada unos de los trayectos posibles entre sus puertos, en el dominio óptico.

El emulador propuesto comprende también una serie de acopladores ópticos bidireccionales, asociados a dichos conversores electro-ópticos bidireccionales, para, en un sentido, dividir las señales ópticas entrantes en una serie de réplicas nominalmente iguales, y, en un sentido opuesto, combinar las señales ópticas entrantes.

Para un ejemplo de realización el emulador según la invención, está adaptado para trabajar con diferentes interfaces radio, entendiéndose por tal cualquier método estandarizado, presente o futuro, que se emplee para servicios de acceso radio del tipo de telefonía móvil celular, redes locales inalámbricas o sistemas inalámbricos de cobertura extensa y/o diferentes anchos de banda eléctrico que dependen de la realización física del emulador y de las prestaciones de los dispositivos ópticos y eléctricos que lo componen, con la correspondiente conversión a señales ópticas de las señales de radiofrecuencia provinentes de dichas interfaces y/o ubicadas en dichos anchos de banda.

El emulador de canal MIMO también está adaptado para tratar, de forma simultánea y/o individualmente, diferentes señales de radiofrecuencia y/o con distintos protocolos y/o estándares radio.

Otras funciones a realizar por el emulador, y para las cuales se encuentra adaptado, son las consistentes en ajustar la potencia de salida de dicho transmisor al margen dinámico de dicho receptor, la simulación de efectos de desvanecimiento de señales y de efectos de reflexiones múltiples.

Breve descripción de los dibujos

Las anteriores y otras características y ventajas de la presente invención se comprenderán mejor a partir de la siguiente descripción detallada de unos ejemplos de realización con referencia a los dibujos que la acompañan, que debe tomarse a título ilustrativo y no limitativo, y en los que:

la Figura 1 es un diagrama funcional de sistema genérico de medida de equipo transceptor radio de una única pareja de antenas,

la Figura 2 es un diagrama funcional de sistema genérico de medida de equipo transceptor radio multiantena,

la Figura 3 es un diagrama esquemático del emulador propuesto por la presente invención para un ejemplo de realización, y

la Figura 4 es un esquema representativo de una línea óptica de retardo variable en incrementos discretos.

Descripción detallada de unos ejemplos de realización

En la Figura 1 se muestra el diagrama funcional de un sistema genérico para la medida de un equipo transceptor radio de una única pareja de antenas, una antena transmisora y otra receptora. Consta de un transmisor de prueba, un receptor de prueba y un emulador de canal de una pareja de antenas. En el dibujo se muestra también el equipo transceptor objeto de la medida, que consta de un transmisor y un receptor.

El procedimiento de medida que se implementa con el emulador objeto de la invención consiste en sustituir el emulador de canal de una pareja de antenas por el emulador de matriz de transmisión, que es un emulador multicanal en el dominio analógico realizado mediante técnicas de radiofrecuencia y ópticas. Un diagrama funcional que ilustra la incorporación del emulador propuesto por la presente invención en un sistema de medida, que también incorpora un transmisor y un receptor de prueba, para la medida de un equipo transceptor radio multiantena, se encuentra representado por la Figura 2.

El emulador de matriz de transmisión objeto de esta invención, y representado como un bloque en la Figura 2, emula NxM caminos de radiofrecuencia con características de propagación controlables de forma individual por el operador. La emulación se realiza a nivel óptico, previa conversión de las señales de radiofrecuencia a formato óptico, por la mayor facilidad de implementación de retardos grandes (superiores al microsegundo) de propagación en banda ancha a nivel óptico que a nivel eléctrico. Consta de las siguientes partes:

1.: Un conjunto de N+M puertos de radiofrecuencia. Hay N puertos en un extremo del emulador, que en adelante se denomina extremo izquierdo, y M puertos en el otro extremo, que en adelante se denomina extremo derecho. Los puertos son bidireccionales, y físicamente son dos conectores de radiofrecuencia, uno por cada sentido de transmisión. En un caso de comunicaciones móviles, por ejemplo, un extremo correspondería al lado de la estación base, nodo B o punto de acceso, y el otro al extremo de terminales.

2.: Un conjunto de N+M conversores electro-ópticos bidireccionales, cada uno conectado a un puerto del emulador. Hay N conversores electro-ópticos en el extremo izquierdo del emulador y M conversores electro-ópticos en el extremo derecho. Cada conversor electro-óptico presenta dos conectores de radiofrecuencia, uno por sentido de transmisión, y un único conector óptico bidireccional. Los conectores de radiofrecuencia funcionalmente están conectados a los conectores de radiofrecuencia de un puerto del emulador. Físicamente pueden ser conectores distintos, o el mismo conector. La función de los conversores es convertir las señales de radiofrecuencia de los puertos del emulador en señales ópticas internas al emulador.

3.: Un conjunto de N acopladores ópticos del tipo pxM, donde generalmente p=1, aunque eventualmente p>1, para la inserción en el emulador de señales adicionales, o para extraer muestras de señal. Los N acopladores ópticos se conectan a los N conversores electro-ópticos del extremo izquierdo, un acoplador por conversor. En el sentido de propagación de izquierda a derecha, la señal óptica que entra en el acoplador se divide en M réplicas nominalmente iguales. En el sentido de propagación de derecha a izquierda, cada acoplador combina las señales ópticas entrantes en sus M puertos de su extremo derecho. En ambos sentidos de trasmisión, las pérdidas ópticas de inserción son superiores a 10\cdotlog(M), expresadas en decibelios.

4.: Un conjunto de NxM atenuadores ópticos variables controlables desde el puerto de control. Hay un atenuador óptico conectado a cada uno de los M puertos del extremo derecho de cada uno de los N acopladores.

5.: Un conjunto de NxM elementos generadores de retardo variable a intervalos discretos. Hay una línea óptica de retardo variable conectada a cada uno de los NxM atenuadores ópticos. La función de cada elemento es la de actuar como línea de retardo variable a intervalos discretos. La variabilidad de la longitud se controla desde el puerto de control.

: Los NxM atenuadores ópticos pueden intercambiar su posición con los NxM elementos de generación de retardo, sin variación alguna de funcionalidad del emulador.

6.: Un conjunto de M acopladores ópticos de p'xN, donde generalmente p'=1, aunque eventualmente p'>1, para la inserción en el emulador de señales adicionales, o para extraer muestras de señal. En su extremo izquierdo, cada uno de los N puertos de cada acoplador se conecta a una pareja constituida por un atenuador variable y un elemento de generación de retardo variable. En su extremo derecho los M acopladores ópticos se conectan a un conjunto de M conversores electro-ópticos, un conversor por acoplador. En el sentido de propagación de izquierda a derecha, cada acoplador combina las señales ópticas entrantes en sus N puertos de su extremo izquierdo. En el sentido de propagación de derecha a izquierda, cada acoplador divide las señales que le entran por su extremo derecho en N réplicas nominalmente iguales. En ambos sentidos de trasmisión, las pérdidas ópticas de inserción son superiores a 10\cdotlog(N), expresadas en decibelios.

7.: Un elemento de control, con un puerto de control eléctrico externo, que conectado adecuadamente a los atenuadores ópticos variables y elementos de generación de retardo variable controla la atenuación y retardo de los NxM caminos de propagación que se establecen entre los N puertos del extremo izquierdo y los M puertos del extremo derecho.

8.: Una aplicación de control, que reside parcialmente o totalmente en el elemento de control y también parcial o totalmente en otro elemento de control externo al emulador de matriz de transmisión, como puede ser el caso, por ejemplo, de un ordenador personal.

: La aplicación de control implementa perfiles de atenuación y retardo de los caminos de propagación. Es configurable por el operador del sistema de medida. Los perfiles de atenuación y retardo se pueden programar siguiendo modelos teóricos, o bien modelos que implementan perfiles estadísticos obtenidos de resultados de medidas.

Realización preferente de la invención

En la Figura 3, y a modo de ejemplo de realización preferido, se representa un emulador de matriz de transmisión para sistemas multiantena MIMO con cuatro puertos en su extremo izquierdo y dos puertos en su extremo derecho. Con referencia a la Figura 3, el emulador de matriz de transmisión para medida de sistemas multiantena MIMO está formado por los siguientes bloques funcionales:

N+M puertos de radiofrecuencia 1. En la Figura 3 se ha particularizado N=4 y M=2. Los puertos de radiofrecuencia presentan dos conectores de radiofrecuencia, uno por cada sentido de transmisión, o bien uno solo. En este segundo caso los puertos incorporan un circulador, para presentar un único conector hacia el exterior del emulador y dos hacia el interior.

N+M conversores electro-ópticos bidireccionales 2. Transforman las señales de radiofrecuencia presentes en sus extremos correspondientes al exterior del equipo en señales ópticas en sus extremos correspondientes el interior del equipo. La conversión de formato eléctrico a óptico se consigue o bien modulando un dispositivo láser mediante inyección de corriente o bien inyectando la señal de radiofrecuencia a un modulador electro-óptico conectado a un dispositivo láser. La conversión de formato óptico a eléctrico se obtiene inyectando la señal óptica en un dispositivo fotodetector, seguido de un elemento amplificador de radiofrecuencia.

N acopladores ópticos 3, de 1xM, que en conjunto distribuyen las N señales de entrada pasadas a formato óptico a NxM líneas ópticas. Posteriormente estas NxM señales resultantes se atenúan y retardan de forma individual en NxM atenuadores variables 4 y NxM elementos generadores de retardo variable a intervalos discretos 5.

Los elementos generadores de retardo variable a intervalos 5 se pueden implementar de múltiples formas, combinando dispositivos ópticos diferentes. A nivel de ejemplo se describe una realizada mediante conmutadores ópticos y secciones de fibra óptica de longitudes diferentes, tal como se ilustra en la Figura 4. En ella, mediante conmutadores ópticos de 1x2 y 2x2 se conectan en cascada secciones de fibra de longitud diferente, pudiéndose obtener un retardo de i\cdot\tau, siendo i un número entero variable entre 0 y 7, y \tau un retardo fijo, correspondiente al tiempo que tarda la luz en propagarse por una sección de fibra óptica de longitud fija, determinada en el momento de diseño del equipo.

M acopladores ópticos 6, de 1xN, que combinan las señales procedentes de los NxM conjuntos de atenuadores variables y líneas de retardo variables y las encaminan hacia M conversores electro-ópticos.

Un elemento de control 7 en el que reside una aplicación de control 8 que realiza al menos las funciones siguientes: (a) configuración variable en el tiempo de las atenuaciones de los NxM caminos de propagación de la matriz de atenuaciones (b) configuración variable en el tiempo de los NxM retardos de los NxM elementos de generación de retardo (c) calibración automática de las atenuaciones y retardos al comienzo de cada sesión de medida, para ajustar las diferencias de atenuación y retardo entre los NxM caminos de propagación (d) presentación de menú de usuario.

Un experto en la materia podría introducir cambios y modificaciones en los ejemplos de realización descritos sin salirse del alcance de la invención según está definido en las reivindicaciones adjuntas.

Claims

1. Emulador de canal MIMO, del tipo que se dispone entre al menos un transmisor y un receptor de radiofrecuencia multiantena y que comprende al menos una matriz de transmisión para medida de sistemas multiantena MIMO con NxM puertos de radiofrecuencia (1), de los cuales N son de entrada, a conectar a dicho transmisor multiantena, y M son de salida, a conectar a dicho receptor multiantena, caracterizado porque comprende una serie de conversores electro-ópticos bidireccionales (2) asociados a dichos NxM puertos de radiofrecuencia (1), de dicha matriz de transmisión que comprende una serie de atenuadores ópticos variables, una serie de elementos generadores de retardo variable y una serie de acopladores ópticos bidireccionables, para convertir unas señales de radiofrecuencia provinentes de dicho transmisor y/o de dicho receptor a señales ópticas y viceversa, y porque dicha matriz de transmisión está adaptada para tratar dichas señales ópticas con el fin de llevar a cabo al menos parte de la emulación a realizar por dicho emulador de canal, mediante un módulo control.

2. Emulador según la reivindicación 1, caracterizado porque dichos atenuadores ópticos variables (4) ajustan unas atenuaciones para cada unos de los trayectos posibles entre sus puertos, en el dominio óptico.

3. Emulador según la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque dichos generadores de retardo variable (5) ajustan unos retardos para cada unos de los trayectos posibles entre sus puertos, en el dominio óptico.

4. Emulador según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque dichos acopladores ópticos (3) bidireccionales, están asociados a dichos conversores electro-ópticos bidireccionales (2), para, en un sentido, dividir las señales ópticas entrantes en una serie de réplicas nominalmente iguales, y, en un sentido opuesto, combinar las señales ópticas entrantes.

5. Emulador según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque está adaptado para trabajar con diferentes interfaces radio y/o diferentes anchos de banda eléctrico, con la correspondiente conversión a señales ópticas de las señales de radiofrecuencia provinentes de dichas interfaces y/o ubicadas en dichos anchos de banda.

6. Emulador según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque está adaptado para tratar, de forma simultánea y/o individualmente, diferentes señales de radiofrecuencia y/o con distintos protocolos y/o estándares radio.

7. Emulador según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque está adaptado para ajustar la potencia de salida de dicho transmisor al margen dinámico de dicho receptor y/o para simular efectos de desvanecimiento de señales y/o para simular efectos de reflexiones múltiples.

8. Emulador según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque dicho módulo o elemento de control (7) controla al menos dicha matriz transmisora.

9. Emulador según la reivindicación 3, caracterizado porque dichos elementos generadores de retardo variable (5) están constituidos por una serie de conmutadores ópticos conectados a secciones de fibra óptica de distinta longitud una respecto de la otra.