Amplificador celular de corto alcance.

Repetidor (200, 300) que hace de mediador del tráfico entre un transceptor de red (213,

302) y un transceptor de usuario (214, 324) en un sistema de comunicaciones inalámbrico, donde el repetidor comprende:

una unidad de red (201, 326, 502, 602) que mantiene un enlace de red con el transceptor de red;

una unidad de usuario (202, 328, 504, 604) que mantiene un enlace de usuario con el transceptor de usuario;

una vía de comunicación bidireccional entre la unidad de red y la unidad de usuario adaptada para facilitar la comunicación de señales entre el transceptor de red y el transceptor de usuario en saltos del repetidor autónomo entre el transceptor de red y la unidad de red, entre el transceptor de usuario y la unidad de usuario, y entre la unidad de red y la unidad de usuario;

conformadores de haz acoplados respectivamente a la unidad de red y a la unidad de usuario y adaptados para comunicar señales en una banda de frecuencia de operación y para adaptar el aislamiento de radiofrecuencia entre la unidad de red y la unidad de usuario para permitir que la máxima potencia radiada aparente sea transmitida entre las antenas en la unidad de red y la unidad de usuario, en donde los conformadores de haz comprenden antenas direccionales y utilizan técnicas de procesamiento espacial y temporal adaptativas avanzadas para el aislamiento mutuo de la comunicación de la señal entre la unidad de red y la unidad de usuario en una banda de frecuencia de operación de los transceptores de red y de usuario; y

un enlace de control entre las antenas en la unidad de red y la unidad de usuario;

en donde la unidad de red y la unidad de usuario comprende cada una:

una unidad de generador/transmisor de señal de calibración (622, 744);

una unidad de receptor de señal de calibración (620, 742);

una unidad de peso complejo (648, 748) configurada para transmitir pesos a ser utilizados en la otra unidad respectiva;

y

una unidad de micro-controlador (626, 728) que está configurada para utilizar una respuesta del impulso de canal complejo en la salida de la unidad de receptor de señal de calibración; para computar valores óptimos de pesos de transmisión complejos de tal manera que la respuesta del impulso de canal complejo en la salida de la unidad de receptor de señal de calibración se reduzca o minimice; y para ajustar los valores óptimos de los pesos de transmisión complejos en la otra unidad respectiva.

Amplificador celular de corto alcance Antecedentes

Las redes celulares existentes, tales como el Sistema global para las comunicaciones móviles (GSM, por sus siglas en inglés) y el estándar IS95, pretenden proporcionar una cobertura continua y de distribución contagiosa, que se espera de tales sistemas para dar soporte a la elevada movilidad de los terminales. Sin embargo, a pesar del cuidadoso diseño de las redes, la cobertura en interiores (dentro de edificios), o la cobertura en lugares con una elevada atenuación debido a sombras de señal (por ejemplo, en túneles) de dichas redes, es a menudo "parcheada", con "huecos de cobertura" en el mejor de los casos, y sin cobertura en el peor de ellos. La razón de este impedimento para la cobertura en interiores, estriba en que las estaciones están habitualmente situadas en el exterior de los edificios, a mayor altura que la altura media de los edificios, para proporcionar cobertura en un área amplia. Aunque la señal puede ser adecuada a "nivel de calle", se ve seriamente atenuada por el material de las edificaciones, reduciéndose la potencia de la señal en el Interior de los edificios, lo que tiene como resultado convergencias deficientes. La pérdida de potencia de señal (atenuación) depende del material del edificio y puede ser de decenas de dBs por cada evento de penetración de las paredes. El problema se ve exacerbado en los sistemas de tercera generación, tales como el Acceso Múltiple por División de Código de Banda Ancha (WCDMA, por sus siglas en Inglés) y cdma2000, ya que estos nuevos sistemas tienen una capacidad elevada de transmisión de datos, lo que Implica una menor energía por bit de Información (Eb), y un balance de enlace y una huella de celda mucho más reducidos. Actualmente, las soluciones más comunes para proporcionar cobertura en interiores son:

I) Más estaciones base de exterior en la misma área geográfica, lo que soporta tamaños de celda más

pequeños.

II) Mlcroceldas.

III) Picoceldas (celdas en el interior de edificios).

IV) Repetidores convencionales.

Claramente, todas las anteriores soluciones (excepto la solución del repetidor) son muy costosas e implican una gran inversión en la infraestructura de las redes celulares, y son mucho más complejas en su planificación y operación. Existen otras soluciones tales como repetidores que pueden ser utilizadas para amplificar la señal en un área geográfica determinada.

La solución del repetidor, aunque más económica que la estación base, tiene diversas desventajas. Estos repetidores de exterior son aún demasiado costosos para un usuario privado e implican una planificación cuidadosa. La mayoría utiliza grandes antenas direccionales, o frecuencias de backhaul (red de retorno) adicionales para reducir las especificaciones de ganancia de la antena, lo que tiene como resultado una eficacia espectral inferior y es de capacidad de ganancia limitada. Los repetidores tienden a transmitir la potencia de transmisión máxima permitida y a menudo generan un aumento de interferencia en la red, y por consiguiente pueden resultar inadecuados para los operadores de red. Los repetidores de interior son aún más económicos que la versión de exterior, pero habitualmente implican la instalación de antenas direccionales altas en el tejado, y un aislamiento de la antena asegurado, lo que crea una costosa demanda de instalación y de operación experta. Por lo tanto, el sistema generalmente sigue siendo demasiado complicado para un usuario no experto y no lo suficientemente económico para su uso en un área de cobertura mucho más localizada.

La patente WO 03/032524 revela un retransmisor de propagación que se utiliza para la distribución de una señal inalámbrica a través de un recinto. El retransmisor de propagación recibe una señal inalámbrica que se envía desde una estación base en una frecuencia de enlace descendente. El retransmisor de propagación convierte la señal de enlace descendente y la transmite de forma inalámbrica, utilizando una frecuencia diferente, a puertos de interfaz de la estación móvil situada en el interior del recinto. Los puertos de interfaz de la estación móvil convierten la señal nuevamente en una señal en la frecuencia del enlace descendente y la envía, a través de un enlace inalámbrico, a estaciones móviles en el interior del recinto. La comunicación de las estaciones móviles a la estación base tiene lugar de la misma manera.

Por tanto, de acuerdo a un aspecto, es un problema proporcionar un repetidor que permita una comunicación mejorada entre una estación base y un móvil.

Este problema se resuelve mediante un repetidor que tiene las características reveladas en la reivindicación 1. Los modos de realización preferidos se definen en las reivindicaciones dependientes.

Resumen

De acuerdo con un modo de realización de un dispositivo de comunicación, un repetidor hace de mediador en el tráfico entre un transceptor de red y un transceptor de usuario en un sistema de comunicaciones inalámbrico. El repetidor comprende una unidad de red que mantiene un enlace de red con el transceptor de red, una unidad de usuario que mantiene un enlace de usuario con el transceptor de usuario, una vía de comunicación bidireccional entre la unidad de red y la unidad de usuario que facilita la comunicación de señales entre el transceptor de red y el transceptor de usuario en saltos del repetidor autónomos entre el transceptor de red y la unidad de red, entre el transceptor de usuario y la unidad de usuario, y entre la unidad de red y la unidad de usuario, y conformadores de haz acoplados respectivamente a la unidad de red y la unidad de usuario, y adaptados para comunicar señales en una banda de frecuencia de operación y para adaptar el aislamiento de la radiofrecuencia entre la unidad de red y usuario para permitir la máxima potencia radiada aparente a ser transmitida entre las antenas en la unidad de red y la unidad de usuario, en donde los conformadores de haz comprenden antenas direccionales y utilizan técnicas de procesamiento espacial y temporal adaptativas avanzadas para el aislamiento mutuo de la comunicación de señales entre la unidad de red y la unidad de usuario en una banda de frecuencia operativa de los transceptores de red y de usuario; y un generador/transmisor de señales de calibración que genera un impulso de canal complejo utilizando correlación. Más aún, se proporcionan antenas direccionales que utilizan un procesamiento de la señal especial para el aislamiento mutuo de la señal de comunicación entre la unidad de red y la unidad de usuario en una banda de frecuencia operativa.

Breve descripción de los dibujos

Los modos de realización de la invención que hacen referencia tanto a la estructura como al método de operación, pueden entenderse mejor en referencia a la siguiente descripción y a los dibujos que la acompañan en donde:

La Figura 1 es un diagrama de bloques esquemático que ilustra un modo de realización de una red celular con dos estaciones base;

La Figura 2 es un diagrama de bloques esquemático que representa un modo de realización de la parte de enlace directo de un repetidor;

La Figura 3 es un diagrama de bloques que muestra un modo de realización de la parte de enlace inverso de un repetidor;

La Figura 4 es un diagrama de bloques esquemático que ilustra un modo de realización de un sistema que incluye una unidad de red y una unidad de usuario;

La Figura 5 es un diagrama de bloques esquemático que ilustra un modo de realización de un sistema que incluye una unidad de red que implementa diversidad de antena;

La Figura 6 es un diagrama de bloques esquemático que representa un modo de realización de un repetidor que utiliza dos antenas para la diversidad de antena;

Las Figuras 7A, 7B, 7C, y 7D son diagramas de flujo que representan modos de realización del flujo de operación del sistema para una unidad de red;

Las Figuras 8A, 8B, 8C, y 8D son diagramas de flujo que representan modos de realización del flujo de operación del sistema para una unidad de usuario;

La Figura 9 es un diagrama de bloques que ilustra un modo de realización de una implementación digital de una unidad de red que incluye múltiples antenas que pueden ser utilizadas para diversidad de antena;

La Figura 10 es un diagrama de bloques esquemático que ilustra un modo de realización de una implementación digital de una unidad de usuario que incluye múltiples antenas que pueden ser utilizadas para diversidad de antena;

La Figura 11 es un diagrama de bloques que muestra un modo de realización de una implementación análoga de un repetidor back-to-back;

La Figura 12 es un diagrama de bloques esquemático... [Seguir leyendo]

1. Repetidor (200, 300) que hace de mediador del tráfico entre un transceptor de red (213, 302) y un transceptor de usuario (214, 324) en un sistema de comunicaciones inalámbrico, donde el repetidor comprende:

una unidad de red (201, 326, 502, 602) que mantiene un enlace de red con el transceptor de red;

5 una unidad de usuario (202, 328, 504, 604) que mantiene un enlace de usuario con el transceptor de

usuario;

una vía de comunicación bidireccional entre la unidad de red y la unidad de usuario adaptada para facilitar la comunicación de señales entre el transceptor de red y el transceptor de usuario en saltos del repetidor autónomo entre el transceptor de red y la unidad de red, entre el transceptor de usuario y la unidad de 10 usuario, y entre la unidad de red y la unidad de usuario;

conformadores de haz acoplados respectivamente a la unidad de red y a la unidad de usuario y adaptados para comunicar señales en una banda de frecuencia de operación y para adaptar el aislamiento de radiofrecuencia entre la unidad de red y la unidad de usuario para permitir que la máxima potencia radiada aparente sea transmitida entre las antenas en la unidad de red y la unidad de usuario, en donde los 15 conformadores de haz comprenden antenas dlreccionales y utilizan técnicas de procesamiento espacial y

temporal adaptatlvas avanzadas para el aislamiento mutuo de la comunicación de la señal entre la unidad de red y la unidad de usuario en una banda de frecuencia de operación de los transceptores de red y de usuario; y

un enlace de control entre las antenas en la unidad de red y la unidad de usuario;

20 en donde la unidad de red y la unidad de usuario comprende cada una:

una unidad de generador/transmlsor de señal de calibración (622, 744); una unidad de receptor de señal de calibración (620, 742);

una unidad de peso complejo (648, 748) configurada para transmitir pesos a ser utilizados en la otra unidad respectiva;

25 y

una unidad de micro-controlador (626, 728) que está configurada para utilizar una respuesta del impulso de canal complejo en la salida de la unidad de receptor de señal de calibración; para computar valores óptimos de pesos de transmisión complejos de tal manera que la respuesta del impulso de canal complejo en la salida de la unidad de receptor de señal de calibración se reduzca 30 o minimice; y para ajustar los valores óptimos de los pesos de transmisión complejos en la otra

unidad respectiva.

2. Repetidor según la reivindicación 1 en donde:

los conformadores de haz se adaptan para controlar la potencia radiada aparente para aumentar el área de cobertura de la unidad de usuario.

35 3. Repetidor según la reivindicación 1 en donde:

los conformadores de haz se adaptan para controlar la potencia radiada aparente para mejorar la calidad del enlace la unidad de red.

4. Repetidor según la reivindicación 1 que además comprende:

antenas de transmisión acopladas a los conformadores de haz, en donde las antenas de transmisión 40 operan en la frecuencia de operación del transceptor de red y de usuario y los conformadores de haz

controlan la potencia radiada aparente de la unidad de red y la unidad de usuario para aumentar el área de cobertura de la unidad de usuario.

5. Repetidor según la reivindicación 1 que además comprende:

antenas receptoras respectivamente acopladas a los conformadores de haz, en donde las antenas receptoras operan en la frecuencia de operación del transceptor de red y de usuario y los conformadores de haz controlan los patrones de radiación de la antena de la unidad de red y de la unidad de usuario para aumentar el área de cobertura de la unidad de usuario.

6. Repetidor según la reivindicación 1 en donde:

el salto del repetidor autónomo entre la unidad de red y la unidad de usuario se sintoniza para operar en la banda de frecuencia seleccionada de un grupo que consiste en una banda de frecuencia en el espectro de Infraestructura de Información Nacional sin Licencia (U-NII), una banda de frecuencia en el espectro de servicios de comunicaciones personales sin licencia (U-PCS), en la banda de frecuencia del espectro de las áreas industrial, científica y médica (ISM), y cualquier banda de frecuencia sin licencia.

7. Repetidor según la reivindicación 1 que además comprende:

un controlador de ganancia que compensa las pérdidas de propagación entre la unidad de red y la unidad de usuario solamente.

8. Repetidor según la reivindicación 1 que además comprende:

un controlador de ganancia que compensa al menos las pérdidas de propagación entre la unidad de red y la unidad de usuario solamente.

9. Repetidor según la reivindicación 1 que además comprende:

la unidad de red configurada para ser situada exterior a una estructura;

la unidad de usuario configurada para ser situada en el interior de una estructura; y

un controlador de ganancia que compensa las pérdidas de propagación en interior-exterior solamente.

10. Repetidor según la reivindicación 1 en donde:

el salto del repetidor autónomo entre la unidad de red y la unidad de usuario en la vía de comunicación se comunica en una señal portadora que es independiente de las señales comunicadas entre el repetidor y los transceptores de red y de usuario.

11. Repetidor según la reivindicación 1 en donde:

el salto del repetidor autónomo entre la unidad de red y la unidad de usuario en la vía de comunicación se comunica en una frecuencia portadora que es independiente de las señales comunicadas entre el repetidor y los transceptores de red y de usuario.

12. Repetidor según la reivindicación 1 en donde:

el salto del repetidor autónomo entre la unidad de red y la unidad de usuario en la vía de comunicación se comunica con una forma de onda de la señal que es independiente de la forma de onda de las señales comunicadas entre el repetidor y los transceptores de red y de usuario.

13. Repetidor según la reivindicación 1 que además comprende:

datos y/o enlaces de control inalámbricos dedicados en la vía de comunicación entre la unidad de red y la unidad de usuario que opera en bandas de frecuencia sin licencia.

14. Repetidor según la reivindicación 1 que además comprende:

datos propietarios y/o enlaces de control inalámbricos dedicados en la vía de comunicación entre la unidad de red y la unidad de usuario que opera en bandas de frecuencia sin licencia.

15. Repetidor según la reivindicación 1 que además comprende:

datos y/o enlaces de control inalámbricos dedicados en la vía de comunicación entre la unidad de red y la unidad de usuario basados en un estándar inalámbrico.

16. Repetidor según la reivindicación 1 que además comprende:

datos y/o enlaces de control inalámbricos dedicados en la vía de comunicación entre la unidad de red y la unidad de usuario con control de potencia para su operación a una potencia de transmisión reducida.

17. Repetidor según la reivindicación 1 que además comprende:

datos y/o enlaces de control por cable dedicados en la vía de comunicación entre la unidad de red y la unidad de usuario seleccionados de entre los enlaces en un grupo que consiste en cables eléctricos, líneas telefónicas, y cables coaxiales.

18. Repetidor según la reivindicación 1 que además comprende:

datos y/o enlaces de control por cable dedicados en la vía de comunicación entre la unidad de red y la unidad de usuario basada en un estándar de línea por cable.

19. Repetidor según la reivindicación 1 que además comprende:

un enlace de control de dentro de banda o de fuera de banda en la vía de comunicación entre la unidad de red y la unidad de usuario.

20. Repetidor según la reivindicación 1 que además comprende:

un enlace de control inalámbrico en la vía de comunicación entre la unidad de red y la unidad de usuario seleccionado de entre un grupo que consiste en Bluetooth, cualquier estándar basado en el estándar 802.11, y otros estándares inalámbricos.

21. Repetidor según la reivindicación 1 que además comprende:

un enlace de control por cable o inalámbrico dedicado en la vía de comunicación entre la unidad de red y la unidad de usuario basado en tonos de frecuencia.

22. Repetidor según la reivindicación 1 en donde la unidad de red y/o la unidad de usuario además comprende:

un par de antenas; y

un conmutador conectado al par de antenas que realiza operaciones de conmutación que permiten diversidad de antena conmutada en todos o algunos saltos del repetidor y enlaces de comunicaciones.

23. Repetidor según la reivindicación 1 que además comprende:

osciladores locales en la unidad de red y la unidad de usuario; y

un enlace de control y/o de datos en la vía de comunicación de la unidad de red a la unidad de usuario que porta una señal de sincronización para sincronizar mutuamente los osciladores locales.

24. Repetidor según la reivindicación 1 que además comprende:

osciladores locales en la unidad de red y la unidad de usuario que se sincronizan utilizando oscilaciones de señal de la red eléctrica para sincronizar mutuamente los osciladores locales.

25. Repetidor según la reivindicación 1 en donde:

a la unidad de red y a la unidad de usuario se les asigna números de Identificación únicos.

26. Repetidor según la reivindicación 1 que además comprende:

una unidad de frecuencia de referencia e identificación que genera una señal de modulación por desplazamiento de fase binaria (BPSK), modulada mediante el número de identificación, modula la señal en

una parte adecuada de la banda del espectro de operación sin licencia, y acopla la señal en el trayecto de un transmisor de un enlace directo de la unidad de red.

27. Repetidor según la reivindicación 1 que además comprende:

Una unidad de identificación y localización que modula la información de identificación y localización en una forma de onda de comunicación de enlace inverso mediante modulación de tasa de bits baja codificada, donde la modulación es la modulación de la amplitud o modulación por desplazamiento de fase binaria diferencial (DBPSK).

28. Repetidor según la reivindicación 1 en donde:

el generador/transmisor de señal de calibración genera una señal de espectro ensanchado para la generación de una respuesta del Impulso de canal complejo.

29. Repetidor según la reivindicación 1 en donde:

el generador/transmisor de señal de calibración genera una señal de espectro ensanchado para la generación de una respuesta del impulso de canal complejo, utilizando una técnica de generación de códigos de una o más técnicas de entre un grupo que consiste en:

generar formas de onda de espectro ensanchado mediante código seudoaleatorio, Gold, u otros códigos conocidos a priori para todas las unidades;

generar fase de códigos de un código conocido para identificar de forma única todas las unidades de usuario y todas las unidades de red;

asignar códigos o fases de códigos mediante estrategias de asignación dinámica;

utilizar más de un código para la generación de respuesta del impulso de canal complejo;

utilizar más de una fase de código para la generación de respuesta del impulso de canal complejo;

modular la señal de espectro ensanchado mediante el ¡dentificador de unidad; y

generar la frecuencia de onda de espectro ensanchado en la banda celular de operación o en una banda sin licencia.

30. Repetidor según la reivindicación 29 en donde:

el receptor de señal de calibración genera la respuesta del impulso de canal complejo utilizando correlación.

31. Repetidor según la reivindicación 29 en donde:

el receptor de señal de calibración genera la respuesta del impulso de canal complejo utilizando inversión de una matriz.

32. Repetidor según la reivindicación 1 en donde:

el receptor de señal de calibración genera la respuesta del impulso de canal complejo utilizando correlación.

33. Repetidor según la reivindicación 1 en donde:

el receptor de señal de calibración genera la respuesta del impulso de canal complejo utilizando inversión de una matriz.

34. Repetidor según la reivindicación 1 que además comprende:

al menos un amplificador que amplifica una señal deseada introduciéndose en el repetidor en una parte o en todo el espectro de señal asignado.

35. Repetidor según la reivindicación 1 que además comprende:

la vía de comunicación entre la unidad de red y la unidad de usuario con una banda de operación que se determina utilizando una técnica seleccionada de uno o más de un grupo que consiste en preseleccionar la banda de operación, seleccionar manualmente la banda de operación, y seleccionar de forma automática la banda de operación en base a las señales detectadas.

36. Repetidor según la reivindicación 1 que además comprende:

al menos un amplificador que amplifica una señal deseada introduciéndose en el repetidor, en donde la señal procede de sistemas inalámbricos seleccionados de uno o más de un grupo que consiste en el Sistema Global para Comunicaciones Móviles (GSM) y todos los sistemas derivados del mismo, cdma2000 (acceso múltiple por división de códigos), Acceso Múltiple por División de Código de banda ancha (WCDMA), y cualquier otro estándar, y sistemas que operen en bandas celulares o inalámbricas, además del Sistema de Posicionamiento Global (GPS).

37. Repetidor según la reivindicación 1 que además comprende:

antenas direccionales capaces del aislamiento mutuo de la unidad de red y la unidad de usuario que operan en la banda de frecuencia de la señal amplificada.

38. Repetidor según la reivindicación 1 que además comprende:

un cancelador de eco en cada una de las unidades de red y de usuario, que aísla mutuamente la unidad de red y la unidad de usuario y opera en una banda de frecuencia de una señal amplificada.

39. Repetidor según la reivindicación 1 que además comprende:

un cancelador de eco en cada una de las unidades de red y de usuario, que inserta una latencia en el trayecto de las señales amplificadas.

40. Repetidor según la reivindicación 1 que además comprende:

un cancelador de eco en cada una de las unidades de red y de usuario, que inserta una latencia en el trayecto de la señal, donde la latencia se selecciona de un grupo que consiste en una latencia deliberada en la unidad de usuario, y una latencia deliberada tanto en la unidad de red como en la unidad de usuario.

41. Repetidor según la reivindicación 1 que además comprende:

una vía de enlace inverso en la vía de comunicación entre la unidad de red y la unidad de usuario, y el enlace inverso entre la unidad de red y el transceptor de red se controlan en base a la presencia de una señal para reducir la interferencia y el consumo de potencia.

42. Repetidor según la reivindicación 1 en donde:

la unidad de red se configura para operar con una pluralidad de unidades de usuario.

43. Repetidor según la reivindicación 1 en donde:

la unidad de red y la unidad de usuario están unidas y configuradas mecánicamente back-to-back en un único alojamiento.

44. Repetidor según la reivindicación 1 en donde:

el repetidor opera en una banda de frecuencia sin licencia y es capaz de seleccionar una banda de operación en una frecuencia que no interfiere con otros dispositivos que operan en la banda de frecuencia sin licencia.