Sistema y elemento para redes de acceso de radio.Se describe un elemento de acceso radio y un sistema formado por los mismos.

El elemento (1) comprende una antena activa (2) con un primer (Mi) y un segundo (M''j) conjunto de módulos para radiofrecuencia en una misma plataforma hardware y además comprende una plataforma digital (3) conectada a dicha plataforma hardware con una única conexión a fuente de alimentación (7). La plataforma digital (3) comprende:- módulos de banda base operativos en 2G, 3G y/o LTE;- medios de procesamiento para el plano de control de redes de acceso 2G y 3G;- medios de encaminamiento para datos lu, Gb o S1 para retransmitir desde una ubicación de retransmisión;- al menos una conexión Ethernet (4, 5) con una dirección IP asignada al elemento de acceso radio;- al menos dos puertos ópticos (6, 6'') para conexión en cadena (24) con un par de elementos de acceso radio en la misma ubicación de retransmisión

Sistema y elemento para redes de acceso de radio.

Campo técnico de la invención

La presente invención se encuentra dentro del campo de las telecomunicaciones y, especialmente, en redes de comunicaciones inalámbricas que soportan la segunda generación (2G), la tercera generación (3G) o tecnologías 3G posteriores (LTE, WiMax, etc.).

Más particularmente, esta invención se refiere al diseño y despliegue de redes de radio basándose en antenas activas autónomas malladas en red a través de conectividad IP (protocolo de Internet). Su campo de aplicación es el área industrial encargada de proporcionar la red de acceso de radio (RAN; por ejemplo, UTRAN en UMTS) con conexión de radio a través de antenas activas a la red central (CN).

Antecedentes de la invención

El despliegue de una red de acceso de radio a escala completa ha implicado siempre la instalación de una cantidad considerable de diversos equipos. Las redes de acceso de radio 2G y 3G han sido históricamente redes independientes en gran medida con poca armonización más allá de la compartición de ubicación y antena. Ubicaciones de radio tradicionales comprenden un número de diferentes armarios o unidades que albergan equipos de transporte, banda base, radiofrecuencia, fuente de alimentación, baterías, y otros equipos. Por ejemplo, una estación base típica (BTS en 2G o Nodo B en 3G) puede tener un número de diferentes módulos dependiendo de su arquitectura: módulo frontal de radiofrecuencia (RF), módulo amplificador de potencia (PA), módulo de banda base (BB), y módulos de control y transmisión. Los módulos RF reciben/transmiten señales y las convierten a partir de/en datos digitales, y pueden dividirse entre módulos RF frontal y amplificadores de alta potencia. El módulo BB procesa la señal realizando multiplexación/demultiplexación y codificación/decodificación de los datos entre otras operaciones que permiten la transmisión/recepción de los datos requeridos. Los datos se transportan desde/hacia el controlador de red de radio (RNC) o la red central (CN) a través del módulo de transmisión dependiendo de la arquitectura de la red de acceso de radio (RAN) (por ejemplo, una arquitectura plana permitiría conexión directa al CN sin ningún RNC para redes de datos conmutadas por paquetes). Y se mantiene la coordinación entre estas funciones mediante el módulo de control.

La complejidad de la estructura de la red de acceso de radio ha hecho los despliegues lentos y caros. Actualmente con la evolución de la tecnología que soporta la tendencia a simplificar la arquitectura de red, se está haciendo posible simplificar de manera considerable la topología de la red de acceso de radio.

En este sentido, la introducción de la tecnología de cabecera de radio remota (RRH) trajo la parte RF de la estación base más cerca de la antena. La cabecera de radio remota (RRH) es una unidad de radio autocontenida activa alimentada por fibra óptica que permite a los restantes elementos de la estación base (especialmente las unidades de banda base) ubicarse de manera remota desde la cabecera de radio. Un transceptor RF al que normalmente se hace referencia como unidad de radio remota (RRU), que realiza todas las funciones transmisión/recepción RF necesarias, se instala en la parte superior del mástil de la antena o, si no es posible, en la proximidad. Las partes restantes, generalmente reunidas en uno o más armarios (por ejemplo banda base, transmisión, baterías), podrían colocarse más lejos del mástil de la antena, bien en interiores o exteriores dependiendo de las restricciones constructivas y el coste de alquiler (generalmente el coste en exteriores es menor, aunque esto podría variar según el contexto local del operador). También la utilización de RRH podría permitir centralizar un número de estaciones base en una única ubicación con conexiones de fibra las correspondientes RRU y antenas, lo que permite ahorrar coste de alquiler para la situación de los armarios a expensas de conexiones de fibra más complejas.

La integración de las unidades RRU en la antena se ha mejorado adicionalmente mediante el desarrollo de la tecnología de antena activa que básicamente permite que todas las funciones de la RRU se alberguen en la antena. Mediante este paso adelante en la tecnología, la antena se convierte en un elemento activo. Anteriormente la antena activa tenía una función pasiva de emitir la señal creada mediante la RRU y capturar la energía de las señales acumuladas desde los terminales en la red. Actualmente la antena activa tiene un diseño de arquitectura que combina un dispositivo activo en una parte de un elemento pasivo. Normalmente esto se consigue utilizando un número de módulos RF síncronos transmitiendo y recibiendo cada uno parte de la señal global, que puede verse como descomposición de la señal de alta potencia en un número de señales de potencia más baja (por ejemplo 10 módulos de 4W que permiten construir una salida global de potencia de salida de 40W). ["Active antenne elements for millimeter-wave cellular communications", M.J. Vaughan, W. Wright, R.C. Compton, Signáis, Systems, y Electronics, ISSSE '95, URSI International Symposium, 1995].

Además de esto, la introducción de la arquitectura plana para el dominio de la conmutación por paquetes (PS) también permitió una simplificación adicional de la arquitectura RAN con la integración de funcionalidades RNC en la BTS/Nodo B y la red central (no se requieren nodos BSC/RNC en la red), mientras que históricamente las BSC/RNC se desplegaban normalmente adicionalmente a las estaciones base. Esta arquitectura plana, también denominada arquitectura colapsada porque muchas funciones RNC se colapsan directamente en el Nodo B, se basa en eHSPA (acceso por paquetes de alta velocidad evolucionado), definido mediante las especificaciones del 3GPP release 7 que se basa en HSDPA (acceso por paquetes de enlace descendente de alta velocidad) y HSUPA (acceso por paquetes de enlace ascendente de alta velocidad) para las portadoras de datos 3G por el aire.

La figura 1 ilustra un ejemplo de un diseño compacto típico para una ubicación BS que utiliza antenas pasivas convencionales (10, 10', 10''); normalmente se utilizan tres antenas, es decir una por sector, y un armario clásico (11) para alojar un equipo de banda base, transmisión, radio, fuente de alimentación y batería protegido. Una estación base exterior típica con una configuración típica tiene una gran huella puede pesar varios cientos de kilos.

Aún hoy, con la Arquitectura RAN actual, a pesar de la mejora aportada por la tecnología RRH (frente a la estación base clásica), se necesitan todavía en cada ubicación además de las antenas pasivas, conexión de fibra óptica a cada RRU (3 en total, es decir una RRU por sector) y el armario autocontenido de la BTS/Nodo B para albergar las soluciones de banda base/transporte y fuente de alimentación potencial y batería. Por tanto es altamente deseable una innovación importante en términos de la simplificación de la infraestructura de ubicación para facilitar y acelerar el despliegue de la ubicación a un coste de funcionamiento más bajo.

Sumario de la invención

La presente invención sirve para resolver el problema mencionado anteriormente proporcionando una manera de simplificar el despliegue de una red de acceso de radio (RAN) por medio de una antena activa de protocolo de Internet (IP) autónoma que es una solución RAN autocontenida, puesto que la antena activa IP autónoma aquí propuesta se basa en equipo que incluye todos los componentes necesarios para operar un elemento de red de acceso de radio móvil con sólo un equipo de fuente de alimentación externa requerido. El elemento de acceso radio que se describe proporciona a la misma ubicación cobertura 2G, 3G, y/o Evolución a Largo Plazo (LTE), sin requerir instalación de equipo extra para poder operar (podrían requerirse antenas activas separadas en el caso en que se operen 2G, 3G, y/o LTE en bandas de frecuencia diferentes).

Un aspecto de la invención se refiere a un elemento de red de acceso radio que comprende una antena activa, es decir, una antena hecha de submódulos que operan de manera síncrona, integrando cada submódulo síncrono funciones de transmisión y recepción RF, que incluyen amplificación de baja potencia mediante amplificadores de bajo ruido (LNA) en enlace ascendente (UL) y un amplificador de baja a media potencia multiportadora (MCPA) en enlace descendente (DL), conversión ascendente/descendente y conversión digital a analógica, filtrado y funciones de elemento...

1. Elemento de acceso radio (1) que comprende una antena activa (2), donde la antena activa (2) comprende:

- un primer conjunto de n módulos (Mi), i = 1, 2,..., n, que operan de manera síncrona para transmisión y recepción de radiofrecuencia, e implementado el primer conjunto de n módulos (Mi) en una plataforma hardware;

caracterizado porque

la antena activa (2) comprende además un segundo conjunto de m módulos (M'j), j = 1, 2,..., m, que operan de manera síncrona para transmisión y recepción de radiofrecuencia e integrados en la misma plataforma hardware que el primer conjunto de n módulos (Mi);

y porque el elemento de acceso radio comprende además una plataforma digital (3) con conexión a una fuente de alimentación (7, 22) y con conexión a la plataforma hardware de la antena activa (2) a la que alimenta a través de la única conexión a fuente de alimentación (7, 22), donde la plataforma digital (3) comprende:

- un conjunto de módulos de banda base para procesamiento de banda base y que opera en al menos un tecnología de acceso de radio seleccionada de entre 2G, 3G y LTE;

- módulo controlador de red radio y módulo controlador de estación base;

- medios de encaminamiento para retransmisión de datos desde/hacia una red central según una interfaz estándar seleccionada de entre Iu, Gb y S1;

- al menos una conexión Ethernet (4, 5, 23) a la red central con la que el elemento de acceso radio se comunica usando una dirección IP asignada;

- al menos dos puertos ópticos (6, 6') para conexión en cadena (24) que conectan el elemento de acceso radio que está en una ubicación con al menos un par de elemento de acceso radio que están en la misma ubicación.

2. Elemento de acceso radio según la reivindicación 1, en la que el primer conjunto de n módulos (Mi) se utiliza para conexión por el aire a través de una interfaz de radio a al menos un equipo móvil y el segundo conjunto de m módulos (M'j) se utiliza para conexión por el aire a otra antena activa.

3. Elemento de acceso radio según la reivindicación 2, en la que el segundo conjunto de m módulos (M'j) se utiliza para conexión por el aire a otra antena activa conectada a la red central.

4. Elemento de acceso radio según la reivindicación 2, en la que el segundo conjunto de m módulos (M'j) se utiliza para conexión por el aire a otra antena activa de otro elemento de acceso radio que opera en un modo de retransmisión.

5. Elemento de acceso radio según la reivindicación 1, en la que tanto el primer conjunto de n módulos (Mi) como el segundo conjunto de m módulos (M'j) se utilizan para conexión por el aire a través de una interfaz de radio a al menos un equipo móvil y para conexión por el aire a otra antena activa.

6. Elemento de acceso radio según la reivindicación 5, en la que tanto el primer conjunto de n módulos (Mi) como el segundo conjunto de m módulos (M'j) se utilizan para conexión por el aire a otra antena activa que está conectada a la red central.

7. Elemento de acceso radio según las reivindicaciones 2 y 5, en la que tanto el primer conjunto de n módulos (Mi) como el segundo conjunto de m módulos (M'j) se utilizan para conexión por el aire a otra antena activa de otro elemento de acceso radio que opera en un modo de retransmisión.

8. Elemento de acceso radio según cualquier reivindicación anterior, en la que la conexión Ethernet (23) se selecciona de entre un puerto eléctrico (4) y un puerto óptico (5).

9. Sistema para redes de acceso de radio divididas en una pluralidad de ubicaciones que comprende una pluralidad de elementos de acceso radio definidos según cualquier reivindicación anterior, en el que:

- al menos un elemento de acceso radio está ubicado en una ubicación de anclaje y opera en un modo de anclaje utilizando la dirección IP asignada y la conexión Ethernet (23) a la red central para el transporte IP de datos;

- al menos un par de elementos de acceso radio están ubicados en una ubicación de retransmisión operando en un modo de retransmisión, conectados a través de un par de dos puertos ópticos en cadena (24), estando todas sus antenas activas conectadas por el aire a la antena activa del, al menos un, elemento de acceso radio en la ubicación de anclaje ubicado operando en el modo de anclaje al que los elementos de acceso radio de la ubicación de retransmisión retransmiten datos mediante los medios de encaminamiento.

10. Sistema según la reivindicación 9, en el que el número de ubicaciones de anclaje con respecto al número de ubicaciones de retransmisión se determina mediante un equilibrio entre la capacidad de la conexión Ethernet (23) del, al menos un, elemento de acceso radio en la ubicación de anclaje y la probabilidad de encontrar una línea visual desde las antenas activas de los elementos de acceso radio de la ubicación de retransmisión a la antena activa del, al menos un, elemento de acceso radio en la ubicación de anclaje.