ES2284809T3 - Control de las ganancias de potencia de recepcion y transmision dentro de un sistema inalambrico punto a multipunto. - Google Patents
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Abstract
Método de control de ganancia de potencia para su uso en un sistema de radiocomunicación que incluye al menos una estación maestra que puede comunicarse con al menos una estación esclava fija, adquiriendo y almacenando el maestro parámetros de configuración y de funcionamiento relevantes del esclavo, monitorizando los accesos del esclavo y asignándole recursos físicos, incluyendo el esclavo medios para recibir y/o transmitir a ganancia de potencia variable, caracterizado porque incluye las siguientes etapas: - la estación maestra adquiere un elemento de información relacionado con la distancia entre la antena de la estación esclava y su propia antena; - la estación maestra transmite a la estación esclava dicho elemento de información; - la estación esclava recibe dicho elemento de información y lo traduce a al menos una señal de control de ganancia semiestática manteniendo una fracción de dicha ganancia de potencia variable configurable para compensar la atenuación en espacio libre de la trayectoria de radio debido sólo a dicha distancia.
Description
Control de las ganancias de potencia de
recepción y transmisión dentro de un sistema inalámbrico punto a
multipunto.
La presente invención se refiere a redes de
radio punto a multipunto, y de manera más precisa a un método para
ajustar de manera óptima las ganancias de potencia de recepción y
transmisión dentro de un sistema inalámbrico punto a
multipunto.
En redes (de radio) inalámbricas punto a
multipunto tanto fijas, tales como sistemas de satélite y bucles
locales, como móviles, tales como sistemas de telefonía celular, se
definen estaciones maestras y esclavas para comunicación en dos
direcciones. Las transmisiones desde un maestro hacia uno o más
esclavos se realizan sobre un canal físico de flujo descendente
compartido entre las estaciones esclavas, también denominadas
periféricos o abonados. Las transmisiones desde uno o más esclavos
hacia el maestro se realizan sobre un canal físico de flujo
ascendente compartido entre los esclavos. A partir de aquí en el
presente documento en la descripción, flujo y enlace son sinónimos.
El canal de enlace descendente es el enlace directo, mientras que el
canal de enlace ascendente es el enlace inverso. Las técnicas
conocidas que comparten canal útiles para la comunicación
inalámbrica son las siguientes: FDMA (acceso múltiple por división
de frecuencia, Frequency Division Multiple Access), TDMA
(acceso múltiple por división de tiempo, Time Division Multiple
Access), CDMA (acceso múltiple por división de código, Code
Division Multiple Access), y SDMA (acceso múltiple por división
de espacio, Space Division Multiple Access), mientras que
puede accederse a fibras ópticas mediante WDMA (acceso múltiple por
división de longitud de onda, Wavelenght Division Multiple
Access). Estas técnicas pueden utilizarse individualmente o dos
o más conjuntamente. En las comunicaciones en dos direcciones el
flujo ascendente se divide a partir del flujo descendente mediante
duplexación por división de frecuencia (FDD, Frequency Division
Duplexing), o mediante duplexación por división de tiempo (TDD,
Time Division Duplexing). En la especificación técnica del
ETSI "ETSI TS 101 999 - Broadband Radio Access Networks (BRAN);
HIPERACCESS; PHY protocol specification" se explican ejemplos de
estos esquemas de duplexación.
Las redes de radio punto a multipunto
proporcionan servicio a un gran número de abonados en cada nodo
caracterizadas por una estación maestro, en la que a su vez cada
abonado puede reunir y distribuir servicios a varios terminales
locales. Debido al gran tráfico y reutilización de los recursos, el
problema de minimizar las interferencias del canal propio y el
canal adyacente deberá considerarse cuidadosamente en el diseño de
red. El control de potencia en bucle cerrado, tanto de enlace
ascendente como enlace descendente, es una herramienta potente que
puede garantizar un entorno de RF (radiofrecuencia) limpio. En
ausencia de control de potencia de enlace descendente, la señal se
transmite por flujo descendente a un nivel de potencia fijo desde la
estación maestra hacia todas las estaciones esclavas,
independientemente de su distancia desde la estación maestra. Según
la distancia real, la estación esclava colocada cerca de la
estación maestra recibirá (en promedio) una señal de radio superior
con respecto a otro esclavo colocado lejos del maestro. Puesto que
el sistema tendrá que garantizar un servicio de calidad incluso
para el abonado más lejano, se deduce que con una potencia de
transmisión fija el abonado más cercano está excesivamente
favorecido. Extendiendo esta conclusión a todos los esclavos, el
resultado es una gran cantidad de potencia de transmisión
desperdiciada en el lado del maestro que aumenta la interferencia
promedia del sistema.
Además, en ausencia de un control de potencia en
bucle cerrado de flujo ascendente todos los esclavos transmiten en
enlace ascendente de nivel de potencia fijo hacia la estación
maestra, independientemente de sus distancias desde ésta. Según la
distancia real, la estación maestra recibirá (en promedio) una señal
de radio superior desde la estación esclava más cercana a la de la
más lejana. Esto no cumple con el requisito planteado claramente en
la especificación ETSI TS 101 999 ya citada, por lo que en el enlace
inverso (enlace ascendente) la estación maestra necesita recibir de
cada esclavo a un nivel de señal fijo (a nivel "de trabajo",
que se establece pocos dB por encima que el umbral del
sistema).
Además de la pérdida de trayectoria en espacio
libre, cada transmisión de radio en dos direcciones está sometida a
un desvanecimiento de la señal por trayectorias múltiples y
desvanecimiento de la señal por lluvia imprevisibles, que son
variables debido a su naturaleza estadística y en general diferentes
desde una dirección de transmisión a la otra. Mediante el efecto
combinado de pérdidas previsibles e imprevisibles, las señales con
grandes niveles de potencia variable son posibles en los dos
extremos de una trayectoria de radio. Para la estimación de la
pérdida de trayectoria total tienen que considerarse algunos otros
parámetros estadísticos en el peor de los casos, es decir,
temperatura, envejecimiento, inexactitudes, etc.; en el extremo un
valor de 80 dB es realista. El control de potencia en bucle
cerrado, y en menor medida el control de potencia en bucle abierto,
deben poder enfrentarse a una dinámica tan grande. En la técnica
conocida se pueden distinguir sustancialmente tres maneras
diferentes para tener en cuenta las grandes variaciones en el nivel
de potencia transmitida y recibida:
1. utilizar un conjunto de circuitos AGC
(control automático de ganancia, Automatic Gain Control) de
transmisión y recepción con un gran intervalo de regulación
variable en el tiempo (también llamada "dinámica") rápida.
Esto ofrece una adaptación automática a todas las condiciones de
trabajo posibles, pero es bastante caro y complejo.
2. Utilizar un conjunto de circuitos AGC de
transmisión y recepción con un intervalo de regulación
"dinámico" pequeño y un intervalo grande configurable pero no
variable en el tiempo (también llamado intervalo
"semiestático"); estos valores de ganancia/atenuación
"semiestáticos" se establecen normalmente fuera de línea por
el operador después de que se han reconocido las condiciones de
trabajo. La solución es económica pero requiere algunas acciones
realizadas por el operador durante la fase de instalación.
3. Utilizar un conjunto de circuitos AGC de
transmisión y recepción con un intervalo de regulación
"dinámico" pequeño y adoptar diferentes valores de ganancia de
antena y/o atenuadores fijos a nivel de radiofrecuencia para
estaciones esclavas más cercanas a la estación maestra. Esto
requiere una intervención durante la fase de instalación, son
necesarias diferentes partes de radiofrecuencia para adaptar la
estación esclava a diferentes escenarios. Se consiguen rendimientos
del sistema por debajo del óptimo, tales como factor de ruido y
distorsión de señal.
El uso de un conjunto de circuitos AGC de
transmisión y recepción en un sistema de comunicación inalámbrico
fijo (punto a multipunto) se da a conocer en gran parte en las
siguientes patentes: US 6.253.077 B1 y US 6.308.080 B1 (presentadas
en la misma fecha) para una misma realización. A todos los efectos
la enseñanza principal de las dos patentes estadounidenses es una
calibración de potencia del transmisor de torre maestro (documento
US 6.253.077 B1) y el receptor de torre maestro (documento US
6.308.080 B1) en vista de control de potencia en bucle cerrado o
bien de enlace descendente o bien de enlace ascendente. La
calibración requiere la medición exacta de las ganancias del
transmisor y receptor de torre. Entre otras cosas, el texto común de
las dos patentes incluye la descripción de un AGC de recepción y un
AGC de transmisión AGC en cada estación de abonado. El AGC de
recepción está asociado con una unidad de receptor y se utiliza
principalmente para ajustar diferencias de pérdida de trayectoria
entre estaciones esclavas cercanas y lejanas (es decir: 34 dB) y
desvanecimiento por lluvia. Un segundo bucle de AGC de receptor
puede estar incluido en un sintonizador/demodulador acoplados en
serie al primer AGC, para garantizar que el conjunto de circuitos de
demodulador real tiene un buen nivel de señal para demodular. El
AGC de transmisión recibe un comando para cambiar la ganancia de la
potencia de transmisión RF según mensajes transmitidos por el
enlace descendente de maestro para la ejecución de un control de
potencia de enlace ascendente en modo continuo emulado (se llevan a
cabo controles y correcciones más veces cada segundo). Por efecto
de los AGC de transmisión y recepción cada estación esclava puede
recibir con un intervalo amplio de valores de potencia variables en
el tiempo rápidamente, y adaptar su potencia de transmisión según
la distancia real desde la estación maestra y las condiciones de
propagación instantáneas. Con el fin de reducir el intervalo
dinámico de los diversos AGC, la realización común incluye una tabla
2 en la que se enumeran todas las causas fijas y variables que
afectan a la gran variabilidad de la potencia de transmisión de
abonado. El propósito es extraer todas las contribuciones fijas en
el establecimiento, dejando una variabilidad reducida para su
compensación. Por ejemplo, se necesita un intervalo dinámico de
potencia de 79 dB en el peor caso y sólo un mínimo de 20 dB si se
extrae toda la variación fija durante el establecimiento.
Aunque las patentes tratadas US 6.253.077 B1 y
US 6.308.080 B1 enseñan un control de potencia muy especializado y
la idea de extraer la atenuación fija durante la fase de
establecimiento para no distorsionar los AGC de recepción y
transmisión, no obstante el sistema todavía no es óptimo, a pesar de
las siguientes razones presentadas textualmente de las citas con el
fin de exposición:
a) "El cálculo de retardo de propagación es
necesario (en el maestro) para alinear ranuras de tiempo entre las
estaciones de abonado que están transmitiendo sobre el mismo canal.
Cada estación de abonado tiene un registro que adelanta o retarda
su tiempo de transmisión dependiendo de la distancia (retardo de
tiempo)". R.N.: esta es una tarea ampliamente conocida
realizada, es decir por el GSM BTS para alinear de manera adaptativa
el instante inicial de las tramas MS sometidas a un retardo
variable como consecuencia de la movilidad.
b) "La distancia CPE (equipo en las
instalaciones del cliente, Customer Premise Equipment) desde
el puerto de radio de nodo (maestro) no se conoce automáticamente y
debe estimarse mediante software". R.N.: la estimación podría
obtenerse mediante la ejecución del punto a) anterior.
c) "El enfoque de bajo coste para el control
de potencia situará los requisitos en el equipo de abonado e
instaladores para extraer una gran parte del intervalo dinámico fijo
en la instalación" R.N.: es decir, el enfoque es similar a la
segunda solución ampliamente conocida anteriormente mencionada y
descartada. A todos los efectos, tal como ya se dijo, el tema de
las reivindicaciones independientes de las dos patentes
estadounidenses era la calibración de ganancia del transmisor de
torre de maestro (documento US 6.253.077 B1) y el receptor de torre
de maestro (documento US 6.308.080 B1). Parece no aparecer un
estímulo real para mejorar el conjunto de circuitos AGC en el
conocimiento común en el campo.
El objeto principal de la invención es por tanto
superar los inconvenientes de los sistemas punto a multipunto de la
técnica anterior con respecto a la prestación del conjunto de
circuitos AGC de transmisión y recepción fiables en las estaciones
esclavas, e indicar un método de control de ganancia de potencia
adaptado para este fin.
Otro objetivo de la invención es el de extender
los beneficios de la solución anterior a los sistemas de
radiorrelé.
Según la presente invención, un objetivo de este
tipo se consigue por medio de un método de control de ganancia en
un sistema de radiocomunicación que incluye una estación maestra
conectada en dos direcciones con al menos una estación esclava, que
tiene las propiedades citadas en las reivindicaciones que siguen,
formando estas reivindicaciones una parte esencial de la
descripción en el presente documento. El método es aplicable tanto
en sistemas punto a multipunto como en sistemas punto a punto. Según
el método de la presente invención, un esclavo se configura a sí
mismo de tal manera que es posible una comunicación inicial, incluso
con un rendimiento pobre. Tan pronto como se consigue una
comunicación entre el maestro y una estación esclava, el maestro
empezará la operación denominada normalmente "registro" o
"referencia" o "conexión". Durante o inmediatamente
después de esta fase se transmite por enlace descendente un
elemento de información relacionado con la distancia desde el
maestro a la estación esclava, que utiliza la información recibida
para configurar apropiadamente la parte "semiestática" de la
ganancia/atenuación de potencia de recepción y/o la parte
"semiestática" de la ganancia/atenuación de potencia de
transmisión. El intervalo dinámico del conjunto de circuitos AGC se
reduce considerablemente en consecuencia para compensar el
desvanecimiento de la señal variable único. Un elemento de
información relacionado con la distancia es tanto una medida
codificada de manera oportuna de la distancia, como directamente la
atenuación en espacio libre de la trayectoria de radio debida a la
distancia. Si la información recibida es la pérdida de trayectoria
fija el esclavo la utiliza directamente, mientras que si la
información recibida es la distancia el esclavo la convierte en la
pérdida de trayectoria correspondiente por medio de una fórmula
ampliamente conocida. Un elemento de información relacionado con la
distancia es normalmente fácil de determinar en la estación
maestra. Un primer enfoque es el de medir el retardo de
sincronización entre la ráfaga del maestro y el esclavo durante la
fase de registro y obtener la información relacionada con la
distancia utilizando expresiones ampliamente conocidas. Un segundo
enfoque es el de leerla de una base de datos de la instalación
accesible mediante el maestro. Se prefiere el primer enfoque porque
hace que el sistema no sea dependiente de la instalación, al menos
para esta propiedad. La ventaja inmediata es la de no tener que
medir esta distancia sobre el mapa.
La disponibilidad de la información relacionada
con la distancia en las estaciones esclavas abre el camino a varias
optimizaciones de la trayectoria de transmisión y recepción que
pueden realizarse en la invención. Gracias al método de la
invención el conjunto de circuitos AGC de las estaciones esclavas
trabajará apropiadamente en el intervalo nominal incluso si el
intervalo disponible no es lo suficientemente grande para cubrir
todas las situaciones. A diferencia de los métodos conocidos, la
reducción de la dinámica de ganancia/atenuación de
transmisión/recepción no solicita ningún ajuste particular en las
instalaciones del esclavo durante la fase de instalación, si no que
se realiza automáticamente por los esclavos después de la recepción
de la información relacionada con la distancia desde el maestro.
Esto permite un diseño económico del equipo de comunicación y una
mejora del rendimiento del equipo. La idea de transmitir mediante el
enlace descendente del maestro hacia los esclavos elementos de
información relacionados con las distancias respectivas entre las
antenas de los esclavos y el maestro, es la clave que permite a
cada esclavo establecer por sí mismo una parte fija de la
ganancia/atenuación de potencia total. No existe una indicación
clara de esta propiedad en la técnica anterior mencionada; se
deduce que la única manera posible ofrecida por la técnica anterior
a los esclavos para calcular por sí mismos la ganancia/atenuación
de potencia fija, es la manera clásica basada en el cálculo de
pérdida de trayectoria RF en correspondencia con la recepción de un
canal de control común de emisión (es decir: BCH, BCCH, CCC, etc.)
transmitido a potencia máxima (conocida por adelantado por el
esclavo). Esta manera no es completamente fiable debido al posible
desvanecimiento de la señal por trayectorias múltiples que puede
falsificar el resultado (se necesitan algunas precauciones).
Considerada la característica técnica específica
de la invención basada en la adquisición de la medida de distancia
mediante el esclavo al comienzo de una fase de protocolo inicial
particular tal como el registro, durante la que la transmisión del
esclavo no está todavía optimizada, no puede proponerse la medida de
la distancia ejecutada por el esclavo por sí mismo. Por otro lado
el esclavo no tiene un registro de instalación en sus
instalaciones; puede argumentarse fácilmente la efectividad de la
invención. Un comentario obvio final es que los términos
"ganancia/atenuación de potencia", aunque evidentes en un
vistazo, es en realidad redundante: "ganancia de potencia" es
suficiente; de hecho es ampliamente conocido que una ganancia
logarítmica negativa es igual a una atenuación, tal como una
ganancia natural inferior a la unidad.
En lo que respecta a la aplicación del método de
la invención en sistemas punto a punto, los radiorrelés son
sistemas punto a punto clásicos que comprenden una cadena de
repetidores de línea de visión conectados entre estaciones
terminales en los dos extremos. En estos sistemas cuando se tienen
en cuenta saltos de radio con diferentes longitudes, existe una
dispersión de nivel de potencia similar a los sistemas punto a
multipunto. Esto significa que cada estación adapta la potencia de
transmisión y puede recibir con un amplio intervalo de valores de
potencia recibida según la distancia real entre estaciones
adyacentes y las condiciones de propagación instantáneas. La
enseñanza del método puede extenderse fácilmente a los sistemas
punto a punto, por ejemplo activando cada estación para ser o bien
maestro o bien esclavo según el método pertinente.
Otro objetivo de la invención es un sistema de
radiocomunicación en el que las estaciones esclavas funcionan según
el método descrito anteriormente, tal como se da a conocer en las
reivindicaciones del sistema relevantes, haciendo inherentes las
ventajas tanto para sistemas punto a multipunto como para sistemas
punto a punto.
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Las propiedades de la presente invención que se
consideran como novedosas se exponen de manera particular en las
reivindicaciones adjuntas. La invención, junto con los objetivos y
ventajas adicionales de la misma, pueden entenderse con referencia
a la siguiente descripción detallada de una realización de la misma
tomada conjuntamente con los dibujos adjuntos dados simplemente
para fines explicativos no limitantes y en los que:
- la figura 1 muestra un diagrama de bloques
general de una red de radio punto a multipunto que incluye una
estación maestra que se comunica en dos direcciones con varias
estaciones esclavas fijas colocadas a diferentes distancias desde
el maestro;
- la figura 2 muestra un diagrama de bloques
general de un sistema de radiorrelé parcial;
- la figura 3 muestra la arquitectura funcional
de una estación maestra cuyo protocolo está adaptado para actuar
conjuntamente con las estaciones esclavas, con el fin de implementar
la presente invención;
- la figura 4 muestra la arquitectura funcional
de una estación esclava de la presente invención;
- la figura 5 muestra una representación de
circuitos de un bloque de transmisión SGC incluido en la estación
esclava de la figura 4.
- la figura 6 muestra una representación de
circuitos de un bloque de transmisión
REG-PW-TX-AMP
incluido en la estación esclava de la figura 4; y
- la figura 7 muestra un desplazamiento posible
de las dos estaciones esclavas desde el maestro en el escenario de
la figura 1 ó 2 y una representación esquemática de la subdivisión
de la ganancia de potencia dentro de las dos estaciones esclavas
obtenida mediante la presente invención.
En la figura 1 se representa un diagrama de
bloques general de una red de radio punto a multipunto. En lo que
concierne a la siguiente descripción los términos "red" y
"sistema" han que considerarse sinónimos. Debido a su gran
generalidad la realización de la invención no es evidente en la red
de la figura 1 y la red podría confundirse con la técnica anterior.
A todos los efectos las propiedades de la invención se destacarán a
partir de la descripción del funcionamiento. La red incluye una
estación maestra y una pluralidad de estaciones esclavas colocadas
a diferentes distancias D1, D2, D3 desde el maestro. Para mayor
simplicidad las estaciones esclavas únicas están conectadas
localmente a un número variable de terminales TER de usuario. La
estación maestra está conectada adicionalmente a través de radio
con otras estaciones maestras y mediante un portador físico
(cableado, cable, fibras ópticas) a una PSTN, RDSI, red IP, etc. El
escenario representado se limita a estaciones maestras fijas,
estaciones esclavas fijas, y terminales de usuario fijos. Ser fijos
no es obligatorio para las terminales TER, al menos en lo que
concierne a los propósitos de la presente invención, de tal modo que
las posibles aplicaciones de la red punto a multipunto son
sustancialmente las mismas que aquellas indicadas en la técnica
anterior citada.
En funcionamiento, tal como se dijo
anteriormente, las transmisiones en dos direcciones entre el maestro
y cada esclavo individual están sometidas a un desvanecimiento de
la señal por trayectorias múltiples imprevisible y desvanecimiento
de la señal por lluvia que son variables debido a su naturaleza
estadística, y en general diferentes en las dos direcciones de la
transmisión. Además de dicho desvanecimiento de la señal existe una
pérdida de trayectoria en espacio libre que sólo depende de la
distancia (D1, D2, ó D3) entre las antenas del esclavo y el
maestro. Esta atenuación es completamente previsible y puede
calcularse mediante la siguiente expresión:
en la
que:
- \lambda es la longitud de onda de la
portadora;
- D es la distancia entre las antenas del
esclavo y el maestro;
- G_{T} y G_{R} son las ganancias de las
antenas de transmisión y recepción, respectivamente;
- k tiene en cuenta algunos valores de
atenuación constantes que dependen de, por ejemplo: pérdida por
cable, atenuación de filtro en banda, etc.
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Por el efecto combinado de pérdidas previsibles
e imprevisibles, son posibles señales con grandes niveles de
potencia variable en los dos extremos de una trayectoria de radio.
Para la estimación de la pérdida de trayectoria total tienen que
considerarse algunos otros parámetros estadísticos en el peor caso,
por ejemplo: temperatura, envejecimiento, inexactitudes, etc.; en
el extremo un valor de 80dB es realista.
La estación maestra implementa funciones de
maestro típicas descritas en las diversas especificaciones del ETSI
correspondientes a la norma BRAN. Para el alcance limitado de la
figura 1, considerada como conocida, se tratan algunas funciones de
maestro típicas. Puesto que desde la fase de instalación el maestro
tendrá que mantener la memoria y tener acceso a la configuración
del sistema y los principales parámetros de funcionamiento de las
diversas estaciones esclavas. Entre estos parámetros se incluyen,
por ejemplo: número de estaciones esclavas configuradas, distancia
desde las antenas del esclavo y el maestro, potencia de transmisión
máxima de los esclavos, tipo de acceso y duplexación, código de
modulación y redundancia, código de aleatorización, encriptación,
política de facturación, etc. Durante el ejercicio el maestro tendrá
que emitir continuamente la información común hacia los esclavos y
monitorizar los canales de acceso en enlace ascendente con el fin
de detectar las solicitudes de acceso desde los esclavos. En cada
detección de acceso, se empieza un procedimiento de protocolo
llamado normalmente "registro" o "referencia" o
"conexión". Dependiendo del tipo de acceso y las capacidades
del esclavo, el maestro asigna al esclavo que accede un grupo de
recursos dedicados (frecuencia, ranura de tiempo, código, canales
de señalización dedicados, parámetros ad hoc, etc.) para necesidades
de señalización y tráfico, buscando equilibrar entre las diversas
solicitudes; esto presupone una política de arbitraje de
imparcialidad. Dependiendo del destino de la llamada, el maestro
establece una trayectoria de encaminamiento hacia un elemento de
red o bien dentro o bien fuera de la red P a MP. Otros
procedimientos bien conocidos ampliamente implementados sobre el
canal físico son la sincronización de tramas (FS, Frame
Synchronisation) y el control de potencia (PC, Power
Control), ambos de los cuales permiten el cálculo de la
distancia entre las antenas del esclavo y el maestro durante la fase
de registro pero el primero es el preferido. Las normas relevantes
para FS y PC son las siguientes:
-"ETSI TS 101 999 - Broadband Radio Access
Networks (BRAN); HIPERACCESS; PHY protocol specification", y
- "ETSI TS 102 000 - Broadband Radio Access
Networks (BRAN); HIPERACCESSS; DLC protocol specification".
La sincronización de tramas es habitual en
sistemas digitales y permite la decodificación exacta de la ráfaga
inicial mediante el esclavo y el mantenimiento del estado de
sincronización a lo largo del tiempo. Contrariamente al GSM, el
mantenimiento de la sincronización no es decisivo cuando las
estaciones esclavas son fijas. FS incluye las siguientes
etapas:
a) la estación maestra transmite sobre el canal
de sincronización una secuencia particular de bytes que corresponden
a una ráfaga de "sincronización" conocida por adelantado por
el esclavo, y la indicación de un retardo D fijo preferido entre la
señal de flujo descendente y la señal de flujo ascendente que no
depende de la distancia entre las dos estaciones, pero que depende
de otros requisitos tales como el de fomentar una implementación
más sencilla del aparato evitando emitir y recibir
simultáneamente;
b) la estación esclava que accede en primer
lugar a la red recibe y almacena la ráfaga de sincronización,
inmediatamente después realiza la autocorrelación de la ráfaga
almacenada con una copia de la secuencia de sincronización
almacenada localmente. La frecuencia del pico de correlación indica
un retardo preciso desde el comienzo de la ráfaga, que significa la
sincronización. El esclavo, tan pronto como sincroniza, transmite
una ráfaga específica de protocolo de flujo ascendente con el
retardo D dado;
c) la estación maestra recibe la ráfaga
específica de protocolo sincronizada transmitida desde el esclavo y
calcula la distancia entre las dos antenas según el tiempo
transcurrido entre su transmisión de la ráfaga de
"sincronización" y su recepción de la ráfaga de flujo
ascendente;
d) la estación maestra transmite a la estación
esclava accedida un elemento de información relacionado con dicha
distancia. Se abren dos oportunidades, concretamente: 1) la
información es una medida codificada de manera oportuna de la
distancia; 2) la información es una medida codificada de manera
oportuna de la atenuación en espacio libre de la trayectoria de
radio que depende de dicha distancia;
e) la estación esclava accedida recibe y
decodifica la información relacionada con dicha distancia y la
utiliza de una manera que se detallará posteriormente.
Según otra realización de la invención la
estación maestra adquiere la información relacionada con la
distancia durante la fase de instalación, y la transmite al esclavo
que accede durante, o inmediatamente después de, la fase de
registro. Esto significa que el registro de instalación accesible al
maestro mantiene almacenadas o bien las distancias o bien la
atenuación en espacio libre correspondiente, o ambas. La invención
en cuestión se refiere al conjunto de circuitos AGC incluido en las
estaciones esclavas únicas, para los siguientes tres casos que
tener en cuenta: sólo recepción, sólo transmisión, tanto recepción
como transmisión. Para la descripción restante se supone que el
maestro puede tener en cuenta de la manera conocida la dinámica de
sus señales de recepción y transmisión.
El control de potencia (PC) se lleva a cabo para
regular la potencia de transmisión de los esclavos (PC de enlace
ascendente) y el maestro (PC de enlace descendente no obligatorio).
El procedimiento PC implica tanto al maestro como a cada esclavo de
forma asimétrica, concretamente, el maestro es el que decide la
totalidad de la corrección de potencia tanto para enlace ascendente
como para enlace descendente; los esclavos sólo transmiten al
maestro algunas medidas realizadas sobre las señales de recepción y
ejecutan comandos PC mandados por el maestro. Las regulaciones de
potencia se solicitan principalmente para satisfacer un requisito de
calidad global, en un caso de este tipo las transmisiones dedicadas
se adaptan a las recepciones a nivel "de trabajo", con el fin
de evitar la propagación de interferencias de canal propio
peligrosas dentro del sistema y reducir las interferencias de
canales adyacentes, debidas por otro lado al efecto
cerca-lejos. El control de potencia puede
ejecutarse o bien en bucle abierto o bien en bucle cerrado. En lo
que concierne al cálculo aproximado de la distancia, la estación
maestra transmite tanto su nivel de potencia de transmisión como su
nivel de recepción "deseado" a las estaciones esclavas, de tal
manera que pueden calcular la distancia a partir de la fórmula (1)
y un nivel de potencia aproximado para la primera transmisión. Al
final el maestro ejecuta procedimientos de manera rutinaria para el
mantenimiento de los diversos
esclavos.
esclavos.
Las estaciones esclavas implementan las
funciones de esclavo típicas descritas en las diversas
especificaciones del ETSI correspondientes a la norma BRAN. Entre
estas funciones están: la escucha de los canales de emisión para
recibir información correspondiente a su funcionamiento; la
configuración inicial para enviar una solicitud de acceso y
participar en la fase de registro; sincronización de tramas, control
de potencia, etc. La recepción de la información relacionada con la
distancia entre las antenas del esclavo y el maestro y el uso de
esta información se detallará posteriormente. Otras funciones de
los esclavos son las que implican la conexión y servicio de los
terminales TER. Los detalles de servicios son dependientes del tipo
de terminales que están conectados y no se investigan
adicionalmente.
adicionalmente.
En la figura 2 se representa un diagrama de
bloques de un sistema de radiorrelé. Sólo se muestra la parte
izquierda del radioenlace para brevedad. El sistema incluye una
estación terminal y una pluralidad de repetidores colocados a
diferentes distancias entre sí. Los radiorrelés son sistemas punto a
punto clásicos que comprenden una cadena de repetidores de línea de
visión conectados entre estaciones terminales en los dos extremos.
En esos sistemas cuando se tienen en cuenta los saltos de radio con
diferentes longitudes, existe una dispersión de nivel de potencia
similar a los sistemas punto a multipunto. Esto significa que cada
estación adapta la potencia de transmisión y puede recibir con un
intervalo amplio de valores de potencia recibida según la distancia
(D1, D2) real entre estaciones adyacentes y las condiciones de
propagación instantáneas. En general una de las dos estaciones
terminales es el maestro de todo el sistema pero esta regla no es
obligatoria y son posibles otras opciones, por ejemplo: una de las
estaciones desempeña el papel de "maestro" u otra puede
desempeñar el papel de "esclavo", o ambas pueden desempeñar
ambos papeles al mismo o diferente tiempo. Las funciones del
maestro son similares a las ya enumeradas para la figura 1 anterior.
Los esclavos funcionan con la limitación de estar todos activos
simultáneamente para garantizar la continuidad de la transmisión a
través del todo el enlace. No obstante, en caso de que un repetidor
está defectuoso y tenga que ponerse fuera de servicio, un sistema
de protección apaga automáticamente el repetidor defectuoso y se
conecta uno de sustitución de reserva de funcionamiento inmediato a
la misma antena. En tal caso, el repetidor entrante puede tener o no
conocimiento de la longitud de los saltos en los dos lados. Se
supone el primer caso: así, el sólo conocimiento de la distancia no
es suficiente para optimizar las dos comunicaciones de salto. De
hecho algunos ajustes internos tales como las referencias de
voltaje programables del conjunto de circuitos AGC no podrían
sintonizarse suficientemente a los valores efectivos en el cambio.
En tal caso la presente invención enseña cómo tiene que
aprovecharse la información de la distancia para optimizar los
parámetros que son dependientes del nivel de potencia para obtener
comunicaciones fiables en los extremos de las dos trayectorias de
radio.
En la figura 3 se representa un diagrama de
bloques de la estación maestra de las figuras 1 y 2. Sin introducir
limitación a la invención, la arquitectura considerada hace
referencia al caso de TDMA-FDD que utiliza (para
brevedad) sólo un enlace ascendente de portadora y un enlace
descendente de portadora diferente. Con referencia a la figura se
incluyen los siguientes bloques funcionales: INTERFAZ DE RED PSTN/IP
(PNI), CONTROL DE ESTACIÓN MAESTRA Y ENRUTAMIENTO (MSCR),
TXCH-INT, MULTCH, DAC y filtro, UPC, PWA, filtro
duplexor, filtro de imagen, LNA, DWC, filtro y ADC, DEMULTCH,
RXCH-INT, y sintetizador de frecuencia. El bloque
MSCR está interconectado con casi todos los otros bloques,
concretamente: PNI para el intercambio de canales de tráfico y
señalización entre red P a MP y redes PSTN/IP; a
TXCH-INT y RXCH-INT para
interconectar todos los esclavos configurados y los otros maestros;
y al sintetizador de frecuencia para la generación de la señal CLK
de reloj del sistema y la señal f_{OL-TX} y
f_{OL-RX} del oscilador local analógico utilizada
en la conversión ascendente desde IF a RF y la conversión
descendente desde RF a IF, respectivamente, más la señal
f_{OL-IF} del oscilador para la conversión desde
banda base a la frecuencia intermedia (IF) y viceversa. En
funcionamiento, considerando en primer lugar el lado de
transmisión, el bloque MSCR principal encamina los canales de
recepción de banda base a la entrada de la interfaz
TXCH-INT. El bloque TXCH-INT realiza
el procesamiento de banda base típico para todos los canales
transmitidos, es decir: filtrado TX, codificación (paridad,
convolucional, activación), intercalado, formateo de ráfaga,
aleatorización, cifrado y modulación digital (M-PSK,
M-QAM, TCM, etc.). Las señales digitales moduladas
se envían al bloque MULTCH que realiza la multiplexación en tiempo
de los canales digitales en tantas ranuras de tiempo de una trama
TDMA a velocidad superior. La señal TDMA puede convertirse a IF al
mismo tiempo que la multiplexación por medio de la señal
f_{OL-IF}. La señal digital TDMA se convierte en
analógica y la PAM se reconstruye por medio del bloque DAC y filtro.
La señal filtrada IF se envía al mezclador UPC para conversión
ascendente a radiofrecuencia RF por medio de la señal
f_{OL-TX} del oscilador local a la salida del
sintetizador de frecuencia. La señal RF se amplifica mediante el
amplificador de potencia PWA y se manda a un primer puerto del
filtro duplexor. Este filtro actúa como un circulador de tres
puertos que transporta la señal de transmisión RF al cable coaxial
conectado a la antena, y la señal de recepción RF que viene de la
antena hacia el filtro de imagen a la entrada del amplificador con
bajo nivel de ruidos LNA. La señal RF amplificada de recepción se
envía al mezclador DWC para la conversión descendente a IF por
medio de la señal f_{OL-RX} del oscilador local.
La señal IF analógica se filtra en paso banda y se convierte
digitalmente mediante el bloque filtro y ADC. El bloque DEMULTCH
realiza una demultiplexación en tiempo de la trama IF TDMA en
ranuras de tiempo singulares correspondientes a tantos canales. Esto
presupone que la conversión de IF a banda base por medio de la
señal f_{OL-IF} (con un mezclador digital o
aleatorización descendente), la extracción de reloj y
sincronización de tiempo (es decir aprovecharse de canales de
sincronización adecuados para frecuencia (FCCH) y tiempo (SCH)).
Cada canal digital se manda al bloque RXCH-INT de
interfaz que lleva a cabo el procesamiento de banda base,
concretamente: ecualización y filtrado RX, sincronización de
ráfaga, demodulación digital, descifrado, desaleatorización,
desensamblado de ráfaga, desintercalado, decodificación y
corrección de errores. La ecualización individual se basa en la
estimación de la respuesta de impulso del canal relevante en
correspondencia con una secuencia de entrenamiento situada en la
parte inicial o en la parte media de cada ráfaga transmitida
(dependiendo de la estructura de ráfaga). Esto presupone la
detección de la secuencia de entrenamiento, obtenida normalmente
por la correlación con una secuencia almacenada. La detección
permite tener una estimación del retardo de transmisión de cada
ráfaga individual utilizada para sincronizar la ráfaga. El bloque
MSCR ejecuta todas las funciones de maestro explicadas en la
descripción de la figura 1; o bien las típicas o las particulares
necesitadas para llevar a cabo la presente invención: por ejemplo
el cálculo de las distancias de los esclavos después de la recepción
de los retardos de transmisión respectivos. Además MSCR encamina un
canal digital hacia su destino, bien: a otra estación esclava, a
otra estación maestra, a las redes PSTN/IP externas por medio de la
interfaz PNI. Esta última convierte los protocolos de señalización
usados dentro de la red P-a-MTP en
la señalización por canal común SS7 usada por la red PSTN o en el
protocolo IP usado por la red homónima. La adaptación de velocidad y
conversión de código (TRAU) es una funcionalidad adicional
implementada dentro de la interfaz PNI y/o el bloque MSCR. Para
completar, el sintetizador de frecuencia envía un reloj CLK
principal al bloque MSCR. Además, se rectifica la señal de recepción
IF analógica para obtener una señal RSSI (Received Signal
Strenght Indicator, indicador de intensidad de señal recibida)
enviada al bloque de control MSCR, que utiliza la indicación
relevante en el procedimiento de control de potencia del enlace
ascendente junto con BER (Bit Error Rate, tasa de error de
bit) en la salida de los demoduladores. El procedimiento de control
de potencia del enlace descendente es bastante más complicado que
en el enlace ascendente, principalmente porque en lugar de compensar
atenuaciones de potencia en cada uno de las trayectorias
individuales, también ha de considerarse una compensación menor en
la señal acumulativa transmitida a, o recibida desde, la antena
remota. Este problema se ha puesto de manifiesto adecuadamente en
las dos patentes estadounidenses anteriormente comentadas. El enlace
descendente de control de potencia individual se lleva a cabo
digitalmente dentro del bloque TXCH-INT; se soporta
por las medidas relevantes realizadas por cada esclavo y
transmitidas al maestro. En lo que respecta a la compensación
acumulativa, se proporcionan dos señales de calibración,
T-CALIB y R-CALIB, a una entrada de
control de regulación de ganancia de los amplificadores PWA y LNA,
respectivamente.
En la figura 4 se ilustra un diagrama de bloques
de una estación esclava de la figura 1, los bloques marcados y la
letra en negrita indica aquellas partes y señales implicadas en
mayor medida en la invención. Omitiendo la interfaz hacia el
terminal local TER, la descripción también es válida para los
esclavos de la figura 2. Con referencia a la figura, se incluyen
los siguientes bloques funcionales: INTERFAZ TERMINAL LOCAL (LCI),
PROCESADOR DE CONTROL DE ESTACIÓN ESCLAVA (SSCP), sintetizador de
frecuencia, SECCIÓN DE TRANSMISIÓN DE BANDA BASE (incluyendo el
procesador BBP-TX, RRCFILT, DIGMOD, e INSERT),
convertidor DAC y filtro e IF, UPCONV,
REG-PW-TX-AMP,
filtro duplexor, filtro de imagen, RD-AGC, DWCONV,
SGC, ADC, y SECCIÓN DE RECEPCIÓN DE BANDA BASE (incluyendo EXTRACT,
EQUAL, DIGDEM y procesador BBP-RX). El bloque SSCP
está interconectado con casi todos los demás bloques,
concretamente: LCI para el intercambio de canales de tráfico y
señalización entre la estación esclava y los distintos terminales
TER1,2,3; SECCIONES DE TRANSMISIÓN Y RECEPCIÓN DE BANDA BASE para
controlar y gestionar operaciones; sintetizador de frecuencia para
la generación de la señal CLK de reloj de sistema y las señales
f_{OL-TX} y f_{OL-RX} del
oscilador local analógico usadas en la conversión ascendente de IF
a RF y la conversión descendente de RF a IF, respectivamente, más la
señal f_{OL-IF} del oscilador para la conversión
de banda base a IF y viceversa. El bloque del procesador SSCP está
conectado con los bloques marcados: RD-AGC, SGC, y
REG-PW-TX-AMP para
implementar, junto con la ESTACIÓN MAESTRA, las características
técnicas de la presente invención. Con este fin, el procesador SSCP
envía las siguientes señales: Vref, V_{DIST} y
TX-REG a los bloques relevantes en el orden
enumerado.
Durante el funcionamiento, considerando en
primer lugar el lado de transmisión, cada terminal TER1,2,3
transmite su propia información codificada: voz, datos,
señalización, sobre el respectivo medio físico conectado a la
interfaz LCI. Esta última realiza una adaptación de línea
(extracción de reloj, almacenamiento en memoria intermedia y
ecualización) y las funciones de interconexión relevantes para el
tipo de terminal conectado, es decir, teléfono, impresora,
ordenador personal, lector de tarjetas, etc. La adaptación de
velocidad y conversión de código se realiza también dentro de la
LCI antes de enviar la señal digital al procesador
BBP-TX de banda base. Este último ejecuta el
procesamiento de banda base típico, es decir: codificación (paridad,
convolucional, activación), intercalado, formateo de ráfaga,
aleatorización y cifrado. De manera sucesiva, la señal se filtra
por el filtro TX RRCFILT (raíz de coseno alzado) y se modula
digitalmente (M-PSK, M-QAM, TCM,
etc.) por el modulador DIGMOD. El bloque de flujo INSERT es un
formateador de trama TDMA que inserta la señal modulada en la
ranura de tiempo asignada, y también la convierte elevándola a IF
digital usando la señal f_{OL-IF}. La señal
digital IF se convierte en analógica y se filtra en paso banda por
el bloque DAC y de filtro, y la señal IF analógica se convierte en
RF por el mezclador UPCONV que recibe la señal
f_{OL-TX} del oscilador local. La señal RF se
amplifica en potencia por el bloque AGC
REG-PW-TX-AMP y se
reenvía a un primer puerto del filtro duplexor conectado a la
antena remota. La señal de recepción RF que llega desde la antena
atraviesa un segundo puerto del filtro duplexor y llega al filtro
de imagen en la entrada del bloque AGC RD-AGC. La
señal RF amplificada de recepción se envía al mezclador DWCONV para
la conversión descendente en IF mediante la señal
f_{OL-RX} del oscilador local. Además, la señal de
recepción IF analógica se rectifica para obtener una señal RSSI
(Received Signal Strenght Indicator) enviada al bloque de
control SSCP, que utiliza la indicación relevante en el
procedimiento de control de potencia de enlace descendente junto con
BER (Bit Error Rate) en la salida de los demoduladores. La
señal IF analógica llega al bloque AGC SGC y, de manera sucesiva,
al bloque ADC para la conversión digital antes de entrar en el
bloque EXTRACT. Este último realiza la desmultiplexación en tiempo
de la trama TDMA IF en ranuras de tiempo singulares entre las que
está la asignada al canal del esclavo. Esto presupone la conversión
de IF a banda base explotando de manera conocida la señal
f_{OL-If}. El canal digital asignado se reenvía al
ecualizador EQUAL de interfaz que filtra digitalmente la señal
entrante mediante un filtro RRC y estima la respuesta de impulso del
canal. Al final de la ecualización se obtiene una estimación del
retardo de transmisión y la ráfaga se sincroniza de manera
consecuente. El procesamiento de banda base ejecuta el resto de
operaciones de banda base, a saber: demodulación digital,
descifrado, desaleatorización, desensamblado de ráfaga,
desintercalado, decodificación y corrección de errores. Finalmente,
el canal se reenvía o bien a la interfaz LCI que ha de transmitirse
al terminal TER direccionado o bien al procesador SSCP para la
inserción en una ranura de tiempo de transmisión asignada en enlace
ascendente basándose en la información de encaminamiento obtenida
del MAESTRO.
El bloque SSCP ejecuta todas las funciones de
esclavo explicadas en la descripción de la figura 1, o bien las
típicas o bien las particulares necesarias para llevar a cabo la
presente invención, por ejemplo: el acceso al maestro que va a
registrarse, el cálculo de la atenuación fija después de la
recepción del mensaje que incluye la medida de la distancia, la
traducción de la atenuación fija en señales Vref, V_{DIST},
TX-REG de control oportunas de los diversos AGC u
otros dispositivo que van a optimizarse, el envío de dichas señales
de control a los dispositivos relevantes. La señal V_{DIST} es un
valor de voltaje que corresponde al que establece la ganancia de
potencia para compensar la atenuación calculada basándose en la
información de la distancia enviada por el MAESTRO. Las señales
Vref y TX-REG digitales son otros valores de voltaje
de referencia. Los bloques SGC y
REG-PW-TX-AMP se
describirán posteriormente mientras que RD-AGC es
visible en la figura 4; incluye un amplificador con bajo nivel de
ruidos de ganancia variable VAR-LNA y un
amplificador 1 diferencial conectado como en el esquema AGC
clásico. La Vref de voltaje (convertida a analógica aunque no se
indique) se establece a una entrada de referencia del amplificador
1 diferencial, mientras que la otra entrada está conectada a la
salida de un detector de envolvente (diodo seguido de un filtro paso
bajo) cuya entrada está conectada a la salida de RF del
amplificador de RF VAR-LNA para retroalimentar la
ganancia variable. La salida Vdif del amplificador 1 diferencial
cierra el bucle obligando a que la potencia en la salida del AGC sea
igual en promedio al voltaje Vref de referencia. La representación
interna del bloque RD-AGC se da como un ejemplo
explicativo pero no limitante, los dispositivos de estado sólido que
implementan AGC con los requisitos deseados están disponibles en la
actualidad en el mercado. Los dos bloques de AGC restantes SGC y
REG-PW-TX-AMP
funcionan de manera similar que RD-AGC. La opción
del diseño es la de confiarle la tarea de compensar las atenuaciones
de Rayleigh variables rápidas y las atenuaciones por lluvia en la
trayectoria de enlace descendente a la frecuencia AGC intermedia
designada como SGC. Esto se realiza fijando un valor de la Vref de
referencia de una manera que, en ausencia de desvanecimiento de la
señal en la entrada del amplificador variable con bajo nivel de
ruidos VAR-LNA establece una ganancia igual al valor
central del intervalo de ganancia nominal.
La figura 5 muestra el AGC que constituye el
bloque SGC. Incluye el mismo esquema de retroalimentación que el
que constituye el bloque RD-AGC de flujo ascendente.
La señal IF de entrada se filtra por paso banda antes de alcanzar
la entrada del amplificador variable de IF VAR-LNA.
La V_{DIST} de referencia de voltaje digital se convierte de
digital a analógica antes de alcanzar la entrada de referencia del
amplificador 1 diferencial. El AGC regula su salida para seguir la
señal V_{DIST} de referencia. La opción del diseño es la de
confiarle la tarea de compensar la atenuación semiestática debida a
la distancia entre la antena del esclavo y el maestro con respecto
al bloque SGC de AGC IF. Esto se realiza fijando las V_{DIST} de
referencia de voltaje para producir la amplificación/atenuación
deseada dentro del intervalo de ganancia nominal del AGC IF.
La figura 6 muestra los dos AGC en serie,
similares al esquema anterior, que constituyen el bloque
REG-PW-TX-AMP. La
señal TX-REG digital incluye la señal V_{DIST} y
una señal TX-STEP, ambas se convierten de digital a
analógica antes de alcanzar las entradas de referencia de los
amplificadores 5 y 6 diferenciales de los dos AGC. La señal RF
atraviesa después de la conversión un filtro 4 de paso banda y
alcanza la entrada de un primer amplificador
VAR-AMP2 de potencia variable perteneciente al
primer AGC que regula su salida para seguir la V_{DIST} de
referencia._{ }La salida regulada entra en la entrada de un
amplificador VAR-AMP2 variable perteneciente al
segundo AGC que regula su salida para seguir la
TX-STEP de referencia. La opción del diseño es la
de confiarle la tarea de compensar el efecto
cerca-lejos en la antena del MAESTRO con respecto al
primer AGC RF. Esto se realiza fijando la V_{DIST} de referencias
de voltaje para producir la amplificación/atenuación deseada dentro
del intervalo de ganancia nominal del primer AGC RF. Otra opción del
diseño es la de confiarle la tarea de compensar las atenuaciones de
Rayleigh variables rápidas y las atenuaciones por lluvia en la
trayectoria de enlace ascendente con respecto al segundo AGC RF.
Esto significa tener que alimentar a la antena del esclavo con la
potencia de RF discreta solicitada por el MAESTRO durante el control
de potencia de enlace ascendente. Esto se realiza alineando el
intervalo de discretización de la señal TX-STEP con
el intervalo de ganancia nominal del segundo AGC.
Las causas que tienen efecto sobre la
variabilidad del nivel de potencia de recepción y transmisión ya se
han investigado, pero la figura 7 sucesiva proporcionará algunos
otros conocimientos acerca del problema de cómo establecer la
ganancia de AGC de la manera más apropiada.
El escenario de la figura 7 incluye una estación
maestra y dos esclavas: una primera a la distancia D_{MAX} máxima
permitida desde el maestro, y la otra a una distancia D_{INT} dada
entre D_{MAX} y la distancia D_{MIN} mínima permitida. En la
misma figura se representa el intervalo de ganancia completo del AGC
del esclavo entre G_{MIN} y G_{MAX} con una barra horizontal. A
lo largo de esta barra los denominados valores de ganancia
"semiestática" de los dos esclavos, que dependen principalmente
de las distancias D_{INT} y D_{MAX} se indican con dos líneas
gruesas. Superpuestas parcialmente a las dos líneas gruesas y dentro
del intervalo de ganancia total, dos otras barras horizontales
indican el intervalo de ganancia ("dinámica") que varía
rápidamente idéntico de los dos AGC para compensar el fenómeno de
desvanecimiento de la señal. La enseñanza de la figura está clara:
si no se ha previsto de otro modo por adelantado un AGC de recepción
o transmisión, de manera indiferente, deberá suponer el intervalo
de ganancia completo G_{MAX} - G_{MIN}. La gran variación en el
nivel de señal recibida en el lado del esclavo puede compensarse
utilizando un conjunto de circuitos AGC con un gran intervalo de
trabajo que varía rápidamente G_{MAX} - G_{MIN}. Un AGC similar
podría ser muy caro y no sencillo de diseñar. Por otro lado una
dinámica tan amplia hará que la ganancia de los AGC comerciales se
salga de sus intervalos nominales.
La solución propuesta en la figura 7 es la de
dividir el intervalo de trabajo de AGC completo en dos partes: el
intervalo de ganancia configurable y el intervalo de ganancia
dinámica. Esto abre el camino a diseños diferentes aunque se
necesita una idea del ancho de los dos intervalos. En el intervalo
de alta frecuencia (superior a 15 GHz) las variaciones de nivel de
señal máxima en la potencia recibida a una distancia fija debidas a
un desvanecimiento de la señal (lluvia) son inferiores que la
variación máxima debida a la dispersión única de las distancias. La
última es mucho más importante. Para entender mejor la ventaja, si
se considera un sistema punto a multipunto con una distancia mínima
de la estación esclava de 50 metros y una distancia máxima de 5km,
que funciona a radiofrecuencia de 26GHz en una zona K de lluvia y el
objetivo de disponibilidad muy común del 99,99%, la extensión de la
distancia para un intervalo de ganancia de sistema asciende a 40dB
mientras que el desvanecimiento de la señal por lluvia es de 25dB.
La enseñanza de la invención permite dividir el intervalo de 65dB
(25+40dB) para su manejo por un AGC totalmente dinámico en dos
intervalos más estrechos, concretamente un intervalo dinámico de
25dB y un intervalo semiestático de 40dB configurable.
El ejemplo muestra una disparidad en los dos
intervalos de ganancia que favorece la reducción del intervalo que
varía rápidamente, es decir, pueden utilizarse AGC comerciales menos
caros. Esta ganancia configurable se extenderá por un intervalo más
grande, con el fin de contrarrestar al menos las variaciones del
nivel de señal que dependen de la distancia entre las estaciones
maestra y esclava. De este modo, es posible diseñar un conjunto de
circuitos económico sin empeorar el rendimiento del equipo. Una
atenuación o ganancia semiestática, en la posición apropiada de la
cadena de recepción, puede regularse de tal modo que todos los
componentes trabajarán en un intervalo de señal reducida, en el que
ofrecen el mejor rendimiento. Esto significa por ejemplo que es
posible hacer funcionar el amplificador de potencia alrededor de un
punto de trabajo en el que se maximiza su linealidad. Las mismas
ventajas pueden obtenerse por ejemplo en el factor de ruido
estableciendo apropiadamente el intervalo de potencia de
receptor.
En una realización preferida, una vez que se
enciende, la estación esclava empieza a variar lentamente su nivel
de ganancia/atenuación "semiestática" para recibir
apropiadamente y decodificar la señal de radio transmitida por la
estación maestra. A partir de este punto, la estación esclava puede
decodificar la señal de flujo descendente y establecer un valor
aproximado del nivel de transmisión de flujo ascendente, aunque los
niveles de ganancia/atenuación semiestática de recepción y
transmisión no están configurados correctamente para hacer que el
intervalo dinámico contrarreste apropiadamente todo el fenómeno de
desvanecimiento de la señal posible. Cuando la estación maestra
recibe una señal transmitida por la estación esclava, transmite la
información de la distancia a la estación remota; la distancia
puede recuperarse de una base de datos o calcularse durante la fase
de registro o transmisiones iniciales de la estación esclava, según
diferentes realizaciones posibles. Según la presente invención esta
información de la distancia se enviará a la estación esclava. La
estación esclava usa la información de la distancia para configurar
automáticamente el nivel de ganancia/atenuación "semiestática"
de la mejor manera.
En vista de las consideraciones anteriores con
referencia a la figura 7 y las consideraciones siguientes, las
opciones llevadas a cabo en las figuras 4, 5 y 6 y con respecto al
enlace de las V_{DIST}, Vref, TX-STEP de
referencia de voltaje con las diversos AGC parece ser un buen
diseño. De hecho, cuando una estación esclava se encuentra en el
límite de la zona de servicio la señal recibida es débil y se
necesita la ganancia semiestática máxima. En un caso de este tipo
la señal de RF recibida podría ser comparable con el ruido generado
internamente en las cadenas de amplificación. Un buen diseño deberá
tener en cuenta el efecto del ruido. Tal como se conoce, el factor
de ruido depende del ruido introducido por el primer amplificador
más el factor de ruido de cada etapa de amplificación sucesiva
dividido por la amplificación total a la entrada de esta etapa. Es
decir, el primer amplificador de RF debe ser de bajo nivel de
ruidos cualquiera que sea la ganancia y un segundo amplificador de
alta ganancia es mejor. La realización de la invención sigue esta
indicación, de hecho, el primer amplificador
VAR-LNA es de bajo nivel de ruidos y el amplificador
VAR-AMP1 en serie tiene el intervalo de ganancia
semiestática superior a la dinámica. Sin embargo, los argumentos
anteriores, si lo requieren razones particulares, son factibles
varias disposiciones en serie de AGC semiestático y dinámico
colocados de diferente manera en RF e IF, tanto para recepción como
transmisión. La tabla siguiente muestra las combinaciones
posibles:
En la tabla las combinaciones recomendadas
mostradas en las figuras 4 y 6 están en negrita. La Vref y
TX-STEP de referencia de voltaje atienden a AGC
dinámicos mientras que Vdist a los semiestáticos.
Claims (26)
1. Método de control de ganancia de potencia
para su uso en un sistema de radiocomunicación que incluye al menos
una estación maestra que puede comunicarse con al menos una estación
esclava fija, adquiriendo y almacenando el maestro parámetros de
configuración y de funcionamiento relevantes del esclavo,
monitorizando los accesos del esclavo y asignándole recursos
físicos, incluyendo el esclavo medios para recibir y/o transmitir a
ganancia de potencia variable, caracterizado porque incluye
las siguientes etapas:
- la estación maestra adquiere un elemento de
información relacionado con la distancia entre la antena de la
estación esclava y su propia antena;
- la estación maestra transmite a la estación
esclava dicho elemento de información;
- la estación esclava recibe dicho elemento de
información y lo traduce a al menos una señal de control de
ganancia semiestática manteniendo una fracción de dicha ganancia de
potencia variable configurable para compensar la atenuación en
espacio libre de la trayectoria de radio debido sólo a dicha
distancia.
2. Método de control de ganancia de potencia
según la reivindicación 1, caracterizado porque la estación
esclava calcula una señal de control de ganancia dinámica para
compensar adicionalmente el desvanecimiento de la señal
imprevisible.
3. Método de control de ganancia de potencia
según la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque dicho
elemento de información relacionado con la distancia es una medida
codificada de manera oportuna de la distancia.
4. Método de control de ganancia de potencia
según la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque dicho
elemento de información relacionado con la distancia es una medida
codificada de manera oportuna de la atenuación en espacio libre de
la trayectoria de radio que depende de dicha distancia.
5. Método de control de ganancia de potencia
según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado
porque la estación maestra adquiere dicha información relacionada
con la distancia durante una fase de instalación y la transmite al
esclavo durante o inmediatamente después de una fase de registro de
esclavo ejecutada inmediatamente antes de comenzar una comunicación
fiable.
6. Método de control de ganancia de potencia
según una de las reivindicaciones anteriores distinta a la 5,
caracterizado porque la estación maestra adquiere dicho
elemento de información respectivo durante un primer acceso de la
estación esclava y transmite dicho elemento de información durante o
inmediatamente después de una fase de registro de estación esclava
ejecutada inmediatamente antes de comenzar una comunicación
fiable.
7. Método de control de ganancia de potencia
según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado
porque la estación esclava optimiza ajustes de receptor y/o
transmisión adicionales y parámetros de funcionamiento según el
elemento de información relevante relacionado con la distancia.
8. Método de control de ganancia de potencia
según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado
porque dichos medios para recibir a ganancia de potencia variable
pueden utilizarse por la estación esclava en el control de potencia
en bucle cerrado de enlace descendente para compensar dicho
desvanecimiento de la señal imprevisible en la señal de recepción,
y dichos medios para transmitir a ganancia de potencia variable
pueden utilizarse por la estación esclava para transmitir a la
estación maestra algunas medidas relacionadas con la calidad de la
señal de
recepción.
recepción.
9. Método de control de ganancia de potencia
según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado
porque dichos medios para transmitir a ganancia de potencia
variable pueden utilizarse por la estación esclava en el control de
potencia de en bucle cerrado de enlace ascendente para compensar
dicho desvanecimiento de la señal imprevisible, bajo el control de
la estación maestra que mide la calidad de la señal de
recepción.
10. Método de control de ganancia de potencia
según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado
porque el sistema es del tipo de radiorrelé que comprende estaciones
repetidoras encadenadas de manera diferente espaciadas entre sí, y
desempeñando una de las estaciones el papel de maestro y
desempeñando las otras estaciones el papel de esclavo, o
desempeñando dos o más estaciones ambos papeles al mismo o diferente
tiempo, y o bien automáticamente o bien cuando se emite un comando
por el maestro real un repetidor de reserva para funcionamiento
inmediato sustituye a un repetidor en servicio, y el repetidor
entrante tiene conocimiento de la longitud de los saltos en los dos
lados y utiliza este conocimiento para optimizar algunos parámetros
internos que dependen del nivel de potencia, tales como las
referencias de voltaje programables del conjunto de circuitos AGC,
para obtener una comunicación fiable en los extremos de las dos
trayectorias de radio.
11. Sistema de radiocomunicación que incluye al
menos una estación maestra que puede comunicarse con al menos una
estación esclava fija, teniendo el maestro medios (MSCR) para
adquirir y almacenar parámetros de configuración y de
funcionamiento relevantes del esclavo, medios (MSCR) para
monitorizar el acceso del esclavo, medios (MSCR) para asignar
recursos físicos al esclavo, y teniendo el esclavo medios
(RD-AGC, SGC,
REG-PW-TX-AMP) para
recibir y/o transmitir a ganancia de potencia variable,
caracterizado porque incluye:
- medios (MSCR, TXCH-INT) de
estación maestra para calcular la distancia entre las antenas de
esclavo y maestro y convertirla en un elemento de información
relacionado con dicha distancia;
- medios (MSCR, TXCH-INT,
MULTCH, PWA) de estación maestra para transmitir al esclavo dicho
elemento de información;
- medios (RD-AGC, SGC, SSCP) de
estación esclava para recibir dicho elemento de información; y
- medios (SSCP) de procesamiento de estación
esclava para traducir dicho elemento de información a al menos una
señal (V_{dist}) de control de ganancia de potencia semiestática
adecuada para su aplicación a dichos medios para recibir y/o
transmitir a ganancia de potencia variable para mantener una
fracción de dicha ganancia de potencia variable configurable para
compensar la atenuación en espacio libre de la trayectoria de radio
debida a dicha distancia.
12. Sistema de radiocomunicación según la
reivindicación anterior, caracterizado porque dichos medios
(SSCP) de procesamiento de estación esclava establecen una señal
(V_{ref}) de control de ganancia de potencia dinámica adecuada
para su aplicación a dichos medios para recibir y/o transmitir a
ganancia de potencia variable para compensar adicionalmente el
desvanecimiento de la señal imprevisible.
13. Sistema de radiocomunicación según la
reivindicación anterior, caracterizado porque dichos medios
(RD-AGC, SGC) para recibir a ganancia de potencia
variable incluyen dos conjuntos de circuitos de control automático
de ganancia o AGC en serie, un primero (SGC) que tiene la ganancia
semiestática y un segundo (RD-AGC) que tiene la
ganancia dinámica reducida por efecto de dicha ganancia
semiestática.
14. Sistema de radiocomunicación según la
reivindicación 13, caracterizado porque el AGC que tiene la
ganancia semiestática (SGC) trabaja a frecuencia intermedia y el
AGC que tiene la ganancia dinámica (RD-AGC) trabaja
a radiofrecuencia.
15. Sistema de radiocomunicación según la
reivindicación 13, caracterizado porque el AGC que tiene la
ganancia semiestática (SGC) trabaja a radiofrecuencia y el AGC que
tiene la ganancia dinámica (RD-AGC) trabaja a
frecuencia intermedia.
16. Sistema de radiocomunicación según la
reivindicación 13, caracterizado porque ambos AGC
(RD-AGC, SGC) trabajan a radiofrecuencia.
17. Sistema de radiocomunicación según la
reivindicación 16, caracterizado porque el AGC que tiene la
ganancia dinámica (RD-AGC) está colocado, a lo
largo de la cadena de amplificación, antes del AGC que tiene una
ganancia semiestática (SGC).
18. Sistema de radiocomunicación según la
reivindicación 16, caracterizado porque el AGC que tiene la
ganancia dinámica (RD-AGC) está colocado, a lo
largo de la cadena de amplificación, después del AGC que tiene una
ganancia semiestática (SGC).
19. Sistema de radiocomunicación según la
reivindicación 12, caracterizado porque dichos medios
(REG-PW-TX-AMP)
para transmitir a ganancia de potencia variable incluyen dos
conjuntos de circuitos de control automático de ganancia o AGC en
serie, un primero (VAR-APM2, 5) que tiene la
ganancia semiestática y un segundo (VAR-AMP3, 6)
que tiene la ganancia dinámica reducida por efecto de dicha ganancia
semiestática.
20. Sistema de radiocomunicación según la
reivindicación 19, caracterizado porque el AGC
(VAR-APM2, 5) que tiene la ganancia semiestática
trabaja a frecuencia intermedia y el AGC (VAR-AMP3,
6) que tiene la ganancia dinámica trabaja a radiofrecuencia.
21. Sistema de radiocomunicación según la
reivindicación 19, caracterizado porque el AGC
(VAR-APM2, 5) que tiene la ganancia semiestática
trabaja a radiofrecuencia y el AGC (VAR-AMP3, 6) que
tiene la ganancia dinámica trabaja a frecuencia intermedia.
22. Sistema de radiocomunicación según la
reivindicación 19, caracterizado porque ambos AGC
(VAR-APM2, 5, VAR-AMP3, 6) trabajan
a radiofrecuencia.
23. Sistema de radiocomunicación según la
reivindicación 22, caracterizado porque el AGC
(VAR-APM2, 5) que tiene la ganancia semiestática
está colocado, a lo largo de la cadena de amplificación, antes del
AGC (VAR-AMP3, 6) que tiene una ganancia
semiestática.
24. Sistema de radiocomunicación según la
reivindicación 22, caracterizado porque el AGC
(VAR-APM2, 5) que tiene la ganancia semiestática
está colocado, a lo largo de la cadena de amplificación, después del
AGC (VAR-AMP3, 6) que tiene una ganancia
semiestática.
25. Sistema de radiocomunicación según
cualquiera de las reivindicaciones 11 a 24, caracterizado
porque incluye una pluralidad de estaciones esclavas que se
comunican a través de radio con el maestro simultáneamente sobre
diferentes canales de radio o en diferentes ranuras de tiempo del
mismo canal.
26. Sistema de radiocomunicación según
cualquiera de las reivindicaciones 11 a 24, caracterizado
porque es del tipo de radiorrelé que comprende estaciones
repetidoras encadenadas espaciadas de manera diferente entre sí, y
desempeñando una de las estaciones el papel de maestro y
desempeñando las otras estaciones el papel de esclavo, o
desempeñando dos o más estaciones ambos papeles al mismo o diferente
tiempo.
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| EP02425743A EP1427117B1 (en) | 2002-12-02 | 2002-12-02 | Reception and transmission power gains control in a point-to-multipoint system |
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