Procedimiento de implementación de una antena inteligente en el seno de una red que utiliza protocolos deacceso deterministas,

una o varias estaciones móviles (MS) y al menos una estación base (BS), estando incluidoslos datos transmitidos en una trama de datos, comprendiendo en combinación al menos las etapas siguientes:Durante la entrada de una estación móvil en la red:

· Etapa de sincronización de una estación móvil (MS) equipada con una antena inteligente FESA o FastElectronically Steerable Antenna sobre una emisión de la estación base mediante el cambio del hazdurante una duración al menos igual a una trama de datos con el fin de orientar el haz directivo en ladirección de la estación base (BS) para obtener la mejor recepción de la señal.

· Etapa de seguimiento de la sincronización de la estación móvil en la emisión de la estación base, y laimplementación de un algoritmo de seguimiento de la orientación con el fin de conservar la mejorrecepción de la señal,

· Etapa de determinación de los parámetros de definición del enlace descendente o del enlaceascendente mediante la decodificación de los mensajes de señalización contenidos en el mensaje emitidopor la estación base,

· Activación de un procedimiento de entrada en la red.

Una vez que la estación móvil MS ha entrado la red:

· La selección de un nuevo haz por parte del algoritmo de seguimiento de la orientación se basa en unmecanismo con histéresis que utiliza un filtro lineal precedido de una etapa de rechazo por saltos o queutiliza directamente un filtro no lineal.

Procedimiento de guiado de antenas inteligentes en el seno de una red de comunicaciones La presente invención se refiere principalmente al guiado de antenas inteligentes denominadas de aquí en adelante antenas FESA de Fast Electronically Steerable Antenna.

Estas antenas denominadas inteligentes se caracterizan por un lóbulo muy directivo orientable en una dirección dada en un tiempo muy reducido (algunos centenares de nanosegundos) . Se utilizan, por ejemplo, en los móviles del tipo vehículos, barcos, aeronaves para los que la implementación de antenas de lóbulo directivo de orientación dinámica es primordial.

La implementación de tales antenas para unos puntos fijos puede representar también una ventaja, para prescindir de una orientación manual, por ejemplo.

La presente invención se refiere también un procedimiento que permite utilizar las antenas inteligentes en un sistema de comunicaciones inalámbrico.

En los últimos años, se han realizado importantes progresos en el dominio de las antenas con el fin de mejorar el equilibrio entre el enlace y su alcance. La técnica anterior describe diferentes técnicas que permiten responder a esta demanda.

Gracias a las técnicas de modulación y codificación del canal, los procesos de comunicación se han incrementado netamente debido a los progresos realizados en la densidad de las informaciones transmitidas. Por ejemplo, las técnicas de modulaciones y de demodulaciones permiten transportar 6 bits por símbolo de modulación (64QAM en WiMAX) . Las investigaciones sobre la codificación del canal han sido muy fructíferas como por ejemplo en los turbo códigos. Estos códigos correctores de error permiten acercarse más allá del límite de Shannon. No obstante, en su Teoría de la información, Shanon pone en evidencia que la potencia de radiofrecuencia RF y la banda pasante fijan un límite superior a la capacidad de un enlace de comunicación:

C = B * log2 (1 + S/N) , con C = capacidad del canal (bits/s) , B = banda pasante del canal (Hz) , S = potencia de la señal (vatios) , N = potencia del ruido (vatios) .

Existen también, en ciertos tipos de aplicaciones (principalmente en LOS: Line Of Sight) , unas técnicas que permiten el posicionamiento preciso de antenas directivas. La colocación de estas antenas es principalmente manual, tanto ayudada por herramientas de medición de potencia de radio como por unas herramientas de geolocalización (GPS, siglas anglosajonas de Global Positioning System) . Este enfoque es tedioso, estático y costoso. Incluso motorizado, la orientación de las antenas es un procedimiento costoso y poco rápido.

Se encuentran también unas técnicas de conmutación. Ciertos protocolos permiten que la comunicación se conmute cuando no sea practicable una ruta directa (ruta inexistente por falta de alcance o la presencia de un obstáculo, saturación del tráfico) . No obstante toda conmutación implica principalmente:

• bien una pérdida de banda pasante y un aumento de la latencia (en radio simple) ,

• bien un mantenimiento de la banda pasante y de la latencia con el precio del dos radios (y no de una sola) .

Con el fin de mejorar las velocidades, se han desarrollado también diferentes técnicas de tratamiento de antenas de las que se recuerdan a continuación un cierto número de ellas.

Diversidad de STC

En el dominio de las transmisiones de radio, las técnicas de diversidad se utilizan frecuentemente para contrarrestar el fenómeno de propagación de trayecto múltiple que provoca unos desvanecimientos (en anglosajón "fading") de la señal transmitida.

La diversidad de antenas (varias antenas en la emisión y/o la recepción) —denominada diversidad espacial— es la más comúnmente utilizada. El concepto de diversidad espacial es el siguiente: en presencia del desvanecimiento aleatorio debido a una propagación en múltiples trayectos, la relación de señal a ruido se mejora claramente mediante la combinación de las señales recibidas en los elementos no correlacionados de la antena.

Se puede citar igualmente:

• la diversidad temporal que se basa en la transmisión de la misma señal en dos canales diferentes pero con un ligero desfase en el tiempo.

• la diversidad de frecuencia, de ángulos de llegada o de polarización, la diversidad por combinación de trayectos múltiples en base al principio del escalonamiento del espectro.

• la diversidad por codificación espacio-temporal, utilizada en las técnicas MIMO, acrónimo anglosajón de Multiple Input Multiple Output.

MIMO (Multiple Input Multiple Output)

El MIMO explota la diversidad de caminos electromagnéticos en un medio rico en trayectos múltiples para incrementar las velocidades. El MIMO no es eficaz en LOS (porque no hay trayectos múltiples) .

Formación de haces electromagnéticos o en anglosajón Beamforming (analógico/digital)

La técnica del beamforming consiste en formar un haz electromagnético en una dirección dada a partir de unas emisiones, ponderadas en fase y en amplitud, de varias antenas. La norma IEEE 802.16 utiliza el término AAS (Adaptive Antenna System) para designar la tecnología de Beamforming. La expresión "Smart Antenna", que tiene la misma significación, se utiliza igualmente en la literatura. La norma 812.16e concentra (por razones de coste de material para el abonado) en la medida de lo posible la inteligencia y la complejidad en el nivel de la estación base. No obstante, para mejorar el rendimiento del AAS, el 802.16e define unos mensajes/procedimientos adicionales entre la estación base BS y la estación móvil MS.

Las ganancias comparadas de un Beamforming de N vías con una antena clásica son:

• para el sentido ascendente: 10*log (N) (ganancia de BF)

• para el sentido descendente: 20*log (N) (ganancia de BF y suma de las potencias de cada antena)

La formación de un haz electromagnético ofrece por otro lado un medio susceptible para las emisiones externas que puedan interferir. Ciertos algoritmos de beamforming pueden tanto mejorar como acentuar la ganancia de recepción en una dirección dada creando unos "ceros" en el diagrama de recepción, es decir situando una ganancia mínima en la dirección de la interferencia. Aunque tiene buen rendimiento, esta técnica presenta sin embargo ciertos inconvenientes. Los circuitos o "hardware" para asegurar la función de beamforming son voluminosos en la medida en que necesitan varios equipos de radio.

Técnicas de guiado de antenas directivas Las técnicas de guiado de antenas directivas desarrolladas hasta el momento pretenden unos tiempos de conmutación de haces del orden del segundo, incluso de las centenas de milisegundo. Estas técnicas implementan los procedimientos de barrido o de "scanning" y de integración en un periodo relativamente grande y por lo tanto confortable para tener unas estadísticas de la señal y son por lo tanto incompatibles con las técnicas de servicio rápido.

Las técnicas de tratamiento de antenas implican unos límites. El beamforming y el MIMO necesitan varias vías de emisión/recepción, lo que puede les convertir en voluminosos y costosos. El interés del MIMO está condicionado por el entorno en el que se utiliza. El incremento de la velocidad permitida es directamente proporcional al número de antenas que deben estar separadas entre sí en algunas longitudes de onda.

Otra vía ha sido desarrollar nuevas antenas. Entre estas últimas, se encuentran las antenas inteligentes, denominadas FESA de Fast Electronically Steerable Antenna, que se caracterizan por: una ganancia muy alta, una saturación mucho menor que la del beamforming (y del MIMO) y unos tiempos de conmutación ultra cortos. Dichas antenas no tienen más que una cobertura angular parcial y no omnidireccional en su funcionamiento normal o nominal.

La memoria técnica de la patente US 2005/215261 se refiere a un algoritmo de orientación de la antena que selecciona, en un primer tiempo un haz de la antena, después el algoritmo de orientación controlada periódicamente un valor del enlace de radio generado por el haz de la antena seleccionado y, en el caso en que el valor caiga por debajo de un valor de umbral, entonces el algoritmo de orientación cambiará de dirección.

El objetivo de la invención se refiere principalmente a un procedimiento que permita guiar, en cada instante, la dirección de este haz (procedente de una antena... [Seguir leyendo]

1. Procedimiento de implementación de una antena inteligente en el seno de una red que utiliza protocolos de acceso deterministas, una o varias estaciones móviles (MS) y al menos una estación base (BS) , estando incluidos los datos transmitidos en una trama de datos, comprendiendo en combinación al menos las etapas siguientes:

Durante la entrada de una estación móvil en la red:

• Etapa de sincronización de una estación móvil (MS) equipada con una antena inteligente FESA o Fast Electronically Steerable Antenna sobre una emisión de la estación base mediante el cambio del haz durante una duración al menos igual a una trama de datos con el fin de orientar el haz directivo en la dirección de la estación base (BS) para obtener la mejor recepción de la señal.

• Etapa de seguimiento de la sincronización de la estación móvil en la emisión de la estación base, y la implementación de un algoritmo de seguimiento de la orientación con el fin de conservar la mejor recepción de la señal, • Etapa de determinación de los parámetros de definición del enlace descendente o del enlace ascendente mediante la decodificación de los mensajes de señalización contenidos en el mensaje emitido 15 por la estación base, • Activación de un procedimiento de entrada en la red.

Una vez que la estación móvil MS ha entrado la red:

• La selección de un nuevo haz por parte del algoritmo de seguimiento de la orientación se basa en un mecanismo con histéresis que utiliza un filtro lineal precedido de una etapa de rechazo por saltos o que 20 utiliza directamente un filtro no lineal.

2. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque la etapa de la sincronización se efectúa con una antena FESA configurada con cobertura omnidireccional dispuesta en el lado de la estación móvil (MS) si la señal es suficiente.

3. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque la etapa de la sincronización comprende

una etapa de seguimiento de la orientación, después de la etapa de sincronización de la estación móvil, siendo dirigido el haz en unas direcciones sucesivas o próximas en el interior de la trama y de trama en trama con el fin de conservar en todo momento la dirección óptima.

4. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque utiliza por otro lado informaciones del tipo GPS (Global Positioning System) con el fin de determinar la mejor posición del haz verificando que la conexión se puede efectuar y comprobando la dirección y las direcciones directamente adyacentes en los períodos de los enlaces descendentes del canal de difusión de la estación base (BS) .

5. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque en ausencia del sistema de posicionamiento GPS (abreviatura anglosajona de Global Positioning System) en una estación móvil, el haz se posiciona inicialmente en una dirección por defecto, porque un mecanismo de búsqueda encuentra la dirección más verosímil, es decir efectuando unas medidas de energía, RSSI o de SNR sobre 3 direcciones de orientación contiguas con una directividad, ganancia de antena o longitud del lóbulo, dada: dirección nominal k y direcciones adyacentes k-1 y k+a, mediciones de RSSI o de SNR en la dirección k a lo largo del tiempo en una trama o en varias tramas en unos instantes regulares, y porque la dirección de la evoluciona en función de un algoritmo de seguimiento que consiste en seguir permanentemente la mejor dirección.

6. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 5, caracterizado porque el haz se alarga en cada final de trama, después se afina para los trámites al comienzo de la trama siguiente.

7. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque el filtro es un filtro de Kalman.

8. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1 ó 7, caracterizado porque comprende una etapa de

seguimiento que incluye un mecanismo de histéresis que utiliza un filtro lineal precedido de un algoritmo de rechazo 45 no lineal.

9. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el algoritmo de seguimiento utiliza un procedimiento de medición de la potencia o teniendo en cuenta unas estadísticas de codificación del canal.

10. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el algoritmo de 50 seguimiento utiliza un procedimiento de medición de la potencia y de la relación señal a ruido SNR.

11. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque el procedimiento de entrada es compatible con las normas 802.16, 802.16d u 802.16e.

12. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el procedimiento de seguimiento de la dirección de orientación hacia una estación base sirve igualmente para buscar las direcciones de orientación hacia las estaciones base adyacentes y facilitar la etapa de "Handover".

13. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque una estación

base (BS) está equipada con una antena FESA y/o una o varias estaciones de repetición (RS) están equipadas con una antena FESA.

14. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque la red de comunicación es una red del tipo de enlace punto-multipunto.

15. Dispositivo de guiado de una antena inteligente FESA o en anglosajón Fast Electronically Steerable Antenna en

una red de comunicación que comprende una interfaz de red, una capa de acceso MAC o Media Access Control, una interfaz de energía y un módulo de radio, caracterizado porque la capa de acceso MAC comprende un módulo de guiado FESA en relación con la antena FESA, un módulo de guiado de radio y porque dicho módulo de guiado FESA y dicho módulo de guiado de radio están adaptados para ejecutar las etapas del procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 14.

16. Dispositivo de acuerdo con la reivindicación 15, caracterizado porque el módulo de guiado de la antena FESA comprende un bus de orientación y de adaptación de la ganancia de la antena.