Método de traspaso y estación móvil en un sistema de comunicaciones inalámbrico de banda ancha.

Método de traspaso de una estación móvil (1) entre una estación base origen (2) y una estación base destino (3) en el que la estación móvil (1) programa e inicia dicho traspaso en función de la posición y velocidad de la estación móvil (1), de la distancia entre la estación móvil (1) y la estación base origen (2), y de la distancia entre la estación móvil (1) y la estación base objetivo (3). El método comprende identificar la estación base objetivo (3) en función de la ruta (5) de la estación móvil (1), iniciar una señalización de anuncio de traspaso, desconectar la estación móvil (1) y la estación base origen (2) y conectar la estación móvil (1) y la estación base objetivo (3).

MÉTODO DE TRASPASO Y ESTACIÓN MÓVIL EN UN SISTEMA DE COMUNICACIONES INALÍMBRICO DE BANDA ANCHA

CAMPO DE LA INVENCIÓN

La presente invención se aplica al campo de las telecomunicaciones en el marco de los medios de transporte, más concretamente, al proceso de traspaso entre estaciones base en redes de comunicaciones móviles inalámbricas de banda ancha.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

Uno de los principales problemas a solucionar para un correcto funcionamiento de un servicio de comunicaciones inalámbricas en una red celular, de modo que no se produzcan interrupciones en los servicios proporcionados a una estación móvil mientras ésta se desplaza, es el traspaso (del inglés hand-over) entre una estación base origen, a la que está conectada la estación móvil, y una estación base objetivo, que continua con la provisión de dicho servicio al entrar la estación móvil en su celda.

En los sistemas de comunicaciones móviles en los que la estación móvil se encuentra a bordo de un vehículo que recorre una ruta conocida a altas velocidades, como por ejemplo un tren, se simplifica la elección de la estación base objetivo, puesto que conociendo la posición de todas las estaciones base de la red, se puede establecer previamente el orden de las estaciones base a las que la estación móvil se ha de conectar durante el trayecto. Por el contrario, dada la velocidad del vehículo, se vuelve más determinante la necesidad de realizar el traspaso de una estación base a otra de forma eficiente y en el instante óptimo, de modo se consiga estar en todo momento conectado a la estación base más apropiada, optimizando el rendimiento del sistema y minimizando los retardos en los momentos en los que se produce el traspaso entre estaciones base.

Por ejemplo, el estándar IEEE 802.16 (WiMAX) presenta los elementos necesarios para ejecutar el proceso de traspaso, pero deja al implementador la elección del instante óptimo para comenzar la ejecución de las fases de dicho traspaso. En general, se utilizan medidas de calidad de la señal para determinar desde la estación base cuándo ejecutar dicho traspaso, lo que supone basarse en información parcial sobre el escenario, y cuya actualización se limita a la frecuencia con la que se intercambia dicha información con la estación móvil.

De manera alternativa, JP 2007235541 presenta un sistema para determinar dicho instante óptimo mediante la instalación, a lo largo de una vía de tren y en las zonas en las que se estima que se encuentra el punto óptimo para cambiar de estación base, es decir, la línea divisoria entre celdas precalculadas, de una serie de sensores utilizados para determinar de forma precisa la posición del vehículo, y por tanto, de la estación móvil. Este método tiene los inconvenientes de requerir la instalación de una infraestructura específica, así como de ser independiente de las condiciones puntuales de la red (velocidad, calidad de las señales, etc) , por lo que no es capaz de adaptarse de manera óptima a un escenario cambiante.

JP 2007194754 presenta otro sistema para mejorar las comunicaciones en una red ferroviaria mediante la instalación de una serie de estaciones base adicionales para aquellas estaciones móviles que se desplazan a alta velocidad, dividiendo por tanto los usuarios de la red de comunicaciones dependiendo de su velocidad. De nuevo, se requiere la instalación de una infraestructura específica, y a pesar de dar un servicio específico a las estaciones móviles de alta velocidad, no se proporciona una optimización para el sistema de traspaso, vital para garantizar la estabilidad de los servicios proporcionados por el sistema.

Finalmente, JP 2007324635 se centra en la minimización del tiempo requerido para ejecutar un proceso de traspaso mediante la instalación de equipos en la estación móvil y en la estación base que reducen el número de mensajes necesarios para ejecutar dicho proceso. No se presenta, sin embargo, ninguna consideración sobre cómo optimizar el instante en el que se realiza dicho traspaso, vital , además de adolecer de una gran especialización, al centrarse en comunicaciones IP en el entorno de los trenes bala (del japonés, "shinkansen") .

Es por tanto necesario un método que permita no sólo optimizar el modo de ejecución del proceso de traspaso en este tipo de entornos, sino también su instante de ejecución, contando con información precisa y adaptándose de manera dinámica a las condiciones concretas del escenario en el que se da dicho traspaso, tanto en lo referente a las condiciones en las que se encuentra la estación móvil, como el resto del sistema (por ejemplo, estaciones base no funcionales) , con el objetivo de minimizar el tiempo en el que el servicio queda interrumpido por el traspaso, así como para garantizar en todo momento la conexión a la estación base más favorable en ese instante.

RESUMEN DE LA INVENCIÓN

La presente invención resuelve el problema anterior mediante un método de traspaso en redes de comunicaciones móviles inalámbricas de banda ancha para vehículos que recorren una ruta predefinida a alta velocidad (por ejemplo, trenes) , que permite determinar el instante óptimo para iniciar el proceso de traspaso de una estación móvil entre una estación base origen, a la que está conectada dicha estación móvil, y una estación base objetivo, contigua a dicha estación base origen según una secuencia de estaciones base predeterminada a raíz de la ruta que sigue la estación móvil.

Para ello, la decisión de ejecutar el traspaso se toma desde la estación móvil, basándose en la posición de la misma, así como en la distancia de dicha estación móvil a las estaciones base origen y objetivo. Puesto que la estación móvil cuenta con información sobre su propia posición y velocidad más actualizada que la estación base, el traspaso puede ejecutarse en un momento más preciso.

La presente invención presenta por tanto un procedimiento en el que primeramente se determina la estación base objetivo entre la pluralidades de estaciones base de la red de comunicaciones en función de la ruta de la estación móvil.

Después, la estación móvil inicia una señalización de anuncio de traspaso, que supone el correspondiente intercambio entra la estación móvil y la estación base origen de los mensajes definidos para ello en el sistema de comunicaciones. Dicha señalización de anuncio de traspaso comprende, convencionalmente, uno o más mensajes desde la estación móvil solicitando autorización para realizar el traspaso, desde la estación base origen autorizando el traspaso, y desde la estación móvil informando del inicio del traspaso.

Para ejecutar el traspaso en el momento oportuno, la estación móvil inicia la señalización de anuncio de traspaso cuando verifica que el módulo del vector que define la distancia entre la estación base origen y la estación móvil, es menor que el módulo del vector que resulta de sumar el vector que define la distancia entre la estación base origen y la estación móvil, y un vector Umbral1 con la misma dirección y sentido opuesto al vector que define la dirección de la estación móvil. El módulo de este vector Umbral1 es función de la velocidad de la estación móvil y del tiempo requerido por las estaciones para ejecutar una señalización de anuncio de traspaso. Esta señalización se ejecuta durante un tiempo THOSIG.

De este modo, la estación móvil consigue estimar la distancia que recorre durante el intercambio de mensajes de escaneo, y programa el escaneo cuando se encuentra en la posición más adecuada para ello.

Preferentemente, el módulo de Umbral1 toma un valor de dos veces la velocidad de la estación móvil multiplicado por THOSIG, lo que implica terminar de intercambiar los mensajes correspondientes a dicho periodo THOSIG cuando la estación móvil se encuentra equidistante a las estaciones base origen y destino.

Preferentemente, la estación móvil sólo inicia la señalización de anuncio de traspaso si además se verifica que la relación portadora a ruido más interferencia (CINR) de la señal recibida en la estación móvil desde la estación base objetivo es mayor que la CINR de una señal recibida en la estación móvil desde la siguiente estación base según el orden determinado por la ruta de la estación móvil. De este modo, se verifica el correcto funcionamiento de la estación base objetivo, y se evita traspasar a una estación base que no se encuentra funcional. El cálculo de las relaciones CINR se realiza durante un paso...

1. Método de traspaso de una estación móvil (1) desde una estación base origen (2) a la que la estación móvil (1) está conectada a una estación base objetivo (3) dentro de un sistema de comunicaciones inalámbrico de banda ancha, desplazándose dicha estación móvil (1) con una velocidad según un vector de velocidad VMS en una dirección a lo largo de una ruta (5) predeterminada, que comprende:

- identificar la estación base objetivo (3) en una secuencia predefinida de estaciones base determinada por la ruta (5) de la estación móvil (1) .

- iniciar una señalización de anuncio de traspaso consistente en enviar unos mensajes definidos en el sistema de comunicaciones para solicitar, autorizar e informar del inicio de dicho traspaso;

- desconectar la estación móvil (1) de la estación base origen (2) y establecer una conexión entre la estación móvil (1) y la estación base objetivo (3) .

caracterizado porque la señalización de anuncio de traspaso es iniciada por la estación móvil (1) cuando se verifica que:

|MSBSobjetivo| < |MSBSorigen + Umbral1|

donde MSBSobjetivo es un vector que define una distancia desde la estación base objetivo (3) hasta la estación móvil (1) , MSBSorigen es un vector que define una distancia desde la estación base origen (2) hasta la estación móvil (1) y Umbral1 es un vector con una dirección que es igual a la dirección de VMS, con un sentido que es opuesto al sentido de VMS y con un módulo que es directamente proporcional al módulo de VMS y directamente proporcional al tiempo requerido para ejecutar dicha señalización de anuncio de traspaso.

2. Método según la reivindicación 1 caracterizado porque Umbral1 se calcula como:

Umbral1=-2*THOSIG*VMS

donde THOSIG es el tiempo requerido para ejecutar el proceso de señalización de anuncio de traspaso y VMS es el vector de la velocidad de la estación móvil (1) .

3. Método según cualquiera de las reivindicaciones anteriores caracterizado porque además comprende un paso de escaneo antes de iniciar la señalización de anuncio de traspaso que comprende medir:

- una relación portadora a ruido de una señal recibida en la estación móvil (1) desde la estación base objetivo (3) y una interferencia de la señal recibida en la estación móvil (1) desde la estación base objetivo (3) ;

- una relación portadora a ruido de una señal recibida en la estación móvil (1) desde una tercera estación base (4) y una interferencia de la señal recibida en la estación móvil (1) desde dicha tercera estación base (4) , siendo dicha tercera estación base (4) una estación base inmediatamente posterior a la estación base objetivo (3) en la secuencia predefinida de estaciones base;

y porque la señalización de anuncio de traspaso se inicia si además la relación portadora a ruido más interferencia de la señal recibida en la estación móvil desde la estación base objetivo (15) , es mayor que la relación portadora a ruido más interferencia de la señal recibida en la estación móvil desde la tercera estación base 4. Método según la reivindicación 3 caracterizado porque el paso de escaneo es iniciado por la estación móvil (1)

cuando se verifica que:

|MSBSobjetivo| < |MSBSorigen + Umbral2|

donde Umbral2 es un vector con una dirección que es igual a la dirección de VMS, con un sentido que es opuesto al sentido de VMS y con un módulo que es directamente proporcional al módulo de VMS y directamente proporcional a la suma del tiempo requerido para ejecutar la señalización de anuncio de traspaso y un tiempo requerido para ejecutar el paso de escaneo.

5. Método según la reivindicación 4 caracterizado porque Umbral2 se calcula como:

Umbral2=-2* (THOSIG+TSCN) *VMS

donde TSCN es el tiempo requerido para ejecutar el paso de escaneo.

6. Método según la reivindicación 5 caracterizado porque, en el sistema de comunicaciones inalámbrico de banda ancha que soporta unos servicios de comunicaciones para cada uno de los que se define una fluctuación de fase máxima permitida, TSCN es menor o igual que la menor de las fluctuaciones de fase máxima permitidas.

7. Método según la reivindicación 6 caracterizado porque, en el sistema de comunicaciones inalámbrico de banda ancha que sigue la norma IEEE 802.16 y utiliza tramas con una duración de trama fija Ttrama, TSCN verifica:

8. Método según cualquiera de las reivindicaciones 2 a 7 caracterizado porque, en el sistema de comunicaciones inalámbrico de banda ancha que sigue la norma IEEE 802.16 y utiliza tramas con una duración de trama fija Ttrama, THOSIG verifica:

TSCN º 2*Ttrama THOSIG = 3*Ttrama

9. Método según cualquiera de las reivindicaciones anteriores caracterizado porque las distancias entre las estaciones base y la estación móvil (1) se calculan utilizando un valor estimado de posición de la estación móvil (1) que es actualizado con la recepción de cada trama en la estación base según la siguiente igualdad:

XMS = Xsat + Tsat * VMS donde XMS es la posición estimada de la estación móvil (1) y Tsat es un tiempo transcurrido desde la recepción de una posición Xsat proporcionada por un sistema GNSS (6) .

10. Método según la reivindicación 9 caracterizado porque Tsat se calcula como:

Tsat = Ttrama * Ntrama donde Ntrama es un número de tramas del sistema de comunicaciones inalámbrico recibidas en la estación móvil (1) desde una última actualización del sistema GNSS (6) .

11. Método según cualquiera de las reivindicaciones 9 y 10 caracterizado porque la posición Xsat proporcionada por el sistema GNSS se ajusta a una posición de dicha estación móvil (1) de acuerdo a su ruta (5) .

12. Método según cualquiera de las reivindicaciones 9 a

11 caracterizado porque la posición XMS se ajusta a una posición de dicha estación móvil (1) de acuerdo a su ruta (5) .

13. Método según cualquiera de las reivindicaciones 9 a 12 caracterizado porque la velocidad de la estación móvil

(1) es proporcionada mediante el sistema GNSS (6) .

14. Método según cualquiera de las reivindicaciones anteriores caracterizado porque el sentido del vector de dirección VMS se extrae de una información proporcionada por un sistema de balizas (7) situadas a lo largo de la ruta (5) de la estación móvil (1) .

15. Estación móvil (1) de un sistema de comunicaciones inalámbrico de banda ancha, que comprende:

- un receptor (9) de un sistema GNSS (6) ; -un lector (10) de un sistema de balizas (7) colocadas a lo largo de una ruta (5) por la que se desplaza la estación móvil (1) ;

- un emisor/receptor (9) de señales del sistema de comunicaciones inalámbrico de banda ancha; -un gestor de información de ruta; caracterizado porque comprende además medios de control

(11) conectados al receptor (9) del sistema GNSS (6) , al lector (10) del sistema de balizas (7) , al emisor/receptor

(9) de señales del sistema de comunicaciones y al gestor de información de ruta, programados para ejecutar el método de traspaso desde una estación base origen (2) a una estación base objetivo (3) según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 14.

OFICINA ESPAÑOLA DE PATENTES Y MARCAS

Nº solicitud: 200930259

ESPAÑA

Fecha de presentación de la solicitud: 04.06.2009

Fecha de prioridad:

INFORME SOBRE EL ESTADO DE LA TECNICA

51 Int. Cl. : H04W36/24 (2009.01)

DOCUMENTOS RELEVANTES

INFORME DEL ESTADO DE LA TÉCNICA

Nº de solicitud: 200930259

Documentación mínima buscada (sistema de clasificación seguido de los símbolos de clasificación) H04W Bases de datos electrónicas consultadas durante la búsqueda (nombre de la base de datos y, si es posible, términos de búsqueda utilizados) INVENES, EPODOC, WPI, NPL, XPESP, XPAIP, XPI3E, INSPEC.

Informe del Estado de la Técnica Página 2/4

OPINIÓN ESCRITA

Nº de solicitud: 200930259

Fecha de Realización de la Opinión Escrita: 23.02.2012

Declaración

Se considera que la solicitud cumple con el requisito de aplicación industrial. Este requisito fue evaluado durante la fase de examen formal y técnico de la solicitud (Artículo 31.2 Ley 11/1986) .

Base de la Opinión.

La presente opinión se ha realizado sobre la base de la solicitud de patente tal y como se publica.

Informe del Estado de la Técnica Página 3/4

OPINIÓN ESCRITA

Nº de solicitud: 200930259

1. Documentos considerados.

A continuación se relacionan los documentos pertenecientes al estado de la técnica tomados en consideración para la realización de esta opinión.

2. Declaración motivada según los artículos 29.6 y 29.7 del Reglamento de ejecución de la Ley 11/1986, de 20 de marzo, de Patentes sobre la novedad y la actividad inventiva; citas y explicaciones en apoyo de esta declaración Los documentos más próximos del estado de la técnica son el D01 y el D02. El documento D01 presenta un método para reconfigurar el encaminamiento de datos, sustituyendo un camino entre RS gestionadas por una BS en un sistema BWA de múltiples tramos. En el método, la BS reconfigura el encaminamiento si el estado del canal en un RS no supera un umbral. Solicita al RS del nodo inferior explorar los RS adyacentes y basándose en estos datos, determina un nuevo RS en el nodo superior para el RS del nodo inferior y le solicita el cambio a este nuevo nodo superior. El documento D02 presenta un método de traspaso en un sistema de comunicaciones móviles en el supuesto de que la estación móvil se desplace a gran velocidad o se produzca el desplazamiento conjunto de un gran número de estaciones móviles siguiendo una ruta conocida en ambos casos. La posición del vehículo se determina mediante GPS y su dirección y velocidad mediante sensores apropiados obteniéndose la posición relativa a la actual BS y a la BS objetivo. La demanda de traspaso se efectúa cuando el vehículo se encuentra a una determinada distancia de la BS objetivo o bien al recibir cualquiera de los móviles del grupo una señal procedente de la BS objetivo por encima de un determinado umbral. Consideramos que ninguno de estos documentos afecta a la novedad de la invención tal como se reivindica en las reivindicaciones de la 1ª a la 15ª ni hay en ellos sugerencias que dirijan de manera obvia al experto en la materia hacia la invención definida por las citadas reivindicaciones. Por lo tanto la invención reivindicada en las reivindicaciones de la 1ª a la 15ª es nueva e implica actividad inventiva.

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