Sistema celular de comunicaciones por radio de área amplia con células reforzadas con repetidores.

Un sistema celular de comunicaciones por radio de área amplia,

que comprende:

- una pluralidad de estaciones base (AP);

- una pluralidad de estaciones repetidoras (FRS); y

- una pluralidad de estaciones móviles (MT, RMT); donde cada una de dichas estaciones repetidoras (FRS) estáasociada con al menos una de dichas estaciones base (AP), donde cada una de dichas estaciones móviles (MT,RMT) está asociada con al menos una de dichas estaciones base (AP) o una de dichas estaciones repetidoras(FRS), donde las transmisiones de datos inalámbricas entre las estaciones móviles (MT, RMT) y las estaciones base(AP) tienen lugar como transmisiones de datos de un solo salto entre dichas estaciones móviles (MT) y susestaciones base (AP) asociadas, o bien como transmisiones de datos de múltiples saltos que comprenden unatransmisión de datos entre dichas estaciones móviles (RMT) y sus estaciones repetidoras (FRS) asociadas y unatransmisión de datos entre dichas estaciones repetidoras (FRS) y las estaciones base (AP) asociadas con dichasestaciones repetidoras (FRS),

caracterizado porque

dichas estaciones repetidoras (FRS) son estaciones repetidoras fijas y porque el número medio de transmisiones dedatos de múltiples saltos en dicho sistema de comunicaciones por radio es igual o mayor que el número medio detransmisiones de datos en un solo salto.

Sistema celular de comunicaciones por radio de área amplia con células reforzadas con repetidores.

Campo de la invención La invención está relacionada con un sistema celular de comunicaciones por radio de área amplia, y con una estación base, una estación repetidora y una estación móvil en tal sistema.

Antecedentes de la invención Los sistemas celulares de comunicaciones por radio en el estado de la técnica, tales como el Sistema Global para las Comunicaciones Móviles (GSM) y el Sistema Universal de Comunicaciones Móviles (UMTS) proporcionan cobertura por radio para una pluralidad de estaciones móviles, colocando una pluralidad de estaciones base con una configuración sustancialmente regular a través de un área que ha de cubrirse por dicho sistema de comunicaciones por radio. Cada una de dichas estaciones base define entonces una célula de dicho sistema de comunicaciones por radio y utiliza un conjunto de canales de transmisión, que pueden ser definidos por ejemplo por frecuencias portadoras, códigos de dispersión o ventanas de tiempo, para permitir las transmisiones de datos entre dicha estación base y dichas estaciones móviles que están situadas en dicha célula. Para reducir la interferencia entre las transmisiones de datos de las células vecinas, se utilizan conjuntos ortogonales de canales de transmisión por las estaciones base de células vecinas, que se consigue por ejemplo definiendo que los conjuntos de canales de transmisión de células vecinas utilicen bandas de frecuencia diferentes. El ancho de banda global de frecuencias disponibles se reparte entonces en bandas de frecuencia, cuyo número se indica como tamaño de la agrupación (clúster) , y después se asignan las bandas de frecuencia a las estaciones base del sistema de comunicaciones por radio de manera que se consiga la máxima distancia entre estaciones base que utilizan las mismas bandas de frecuencia.

Sin embargo, la posición centrada de la estación base en el centro de una célula sustancialmente circular (que es aproximada como una célula hexagonal para permitir cubrir sin interrupciones una zona de cobertura) conduce a una disminución de la relación de potencia de Portadora a Interferencia (C/I) hacia el borde de la célula, que es debido principalmente a la disminución de potencia de onda electromagnética que es proporcional a la distancia de propagación elevada al exponente de pérdida de potencia del camino, que típicamente es mayor que 2. Como en todas las tecnologías de transmisión del estado de la técnica, el rendimiento de extremo a extremo entre la estación base y la estación móvil está ligado a la C/I, correspondientemente el rendimiento de extremo a extremo disminuye hacia el borde de la célula, lo que hace difícil garantizar un cierto rendimiento de extremo a extremo para las estaciones móviles que pueden estar situadas en cualquier lugar de una célula o incluso pueden desplazarse por la célula.

Los modernos interfaces aéreos de radio tienen disponibles varios modelos físicos (modos PHY) , es decir, diferentes combinaciones de esquemas de modulación y codificación que son aplicables hasta un valor mínimo C/I de la señal en un receptor de la célula. Un modo PHY de valor alto transmite símbolos con un alto número de bits por símbolo, mientras que un modo PHY de valor bajo transmite solamente símbolos binarios. Una estación móvil cercana a la estación base experimenta típicamente un alto valor de C/I y por tanto puede hacer uso de un modo PHY de valor alto, mientras que una estación móvil cercana al borde de la célula experimenta típicamente un valor de C/I bajo y por tanto se le asigna preferiblemente un modo PHY de valor bajo. Esta situación es denominada "asignación injusta de la velocidad de transmisión" para las estaciones móviles, dependiendo de su situación en la célula.

Los sistemas celulares basados en CDMA permiten superar parcialmente esta desigualdad del coste de la capacidad total disponible en una célula; en ellos, las estaciones móviles cercanas al borde de la célula podrían ser servidos con una velocidad de transmisión comparablemente más alta, como estaciones móviles cercanas a la estación base, aumentando la cantidad de potencia de los canales de transmisión de dichas estaciones móviles cercanas al borde, con el coste de reducir la capacidad total de la célula que puede proporcionarse a otros usuarios y, correspondientemente, con una eficiencia espectral sustancialmente reducida.

El hecho de que el área de un círculo aumenta cuadráticamente con su radio, conduce a la situación de que la mayoría de las estaciones móviles estén situadas cerca del borde de la célula, cuando se supone que las estaciones móviles están igualmente distribuidas en el área de la célula. Consecuentemente, una parte sustancial de las estaciones móviles de una célula sufren un bajo rendimiento de extremo a extremo (u originan una reducción de la capacidad global de la célula en un sistema CDMA) , afectando directamente a la eficiencia espectral (en bit/s/Hz/m2) que puede conseguirse con tal sistema celular de comunicaciones por radio, y hacer que la aplicación de este concepto celular sea desventajoso con respecto a los requisitos de los futuros sistemas móviles de comunicaciones por radio.

La publicación "Reducción del consumo de potencia por la transmisión en múltiples saltos en las redes celulares" de Jee-Young Song y otros, de la Conferencia de Tecnología Vehicular (VTC) , 26 - 29 de Septiembre de 2004, Los Ángeles, páginas 3120 -3124, pone el foco en repetidores de redes celulares, donde tiene lugar las transmisiones

de dos saltos entre una estación base y una estación móvil a través de una estación repetidora. La funcionalidad de la repetidora es proporcionada por las estaciones móviles de la red, es decir, las estaciones repetidoras son estaciones móviles. El documento se centra en el problema del consumo de potencia. Se supone que cada estación móvil y estación base tiene una potencia de transmisión limitada. Basándose en esta suposición, se obtienen soluciones de forma cerrada para la probabilidad de que una estación móvil esté al alcance de una estación repetidora (móvil) que a su vez está al alcance de la estación base) . Además, se obtienen y comparan las potencias de transmisión de una transmisión de un solo salto y de dos saltos entre las estaciones base y móvil, conduciendo al resultado de que, a medida que aumenta el número de estaciones repetidoras (móviles) , la probabilidad de que las estaciones móviles encuentren una estación repetidora (móvil) , aumenta la probabilidad de que las estaciones móviles encuentren una estación repetidora (móvil) y ahorren potencia.

Además, la publicación "Capacidad de una Infraestructura Repetidora para la Cobertura por Radio de Banda Ancha en Zonas Urbanas", de Tim Imich y otros, Conferencia de Tecnología Vehicular (VTC) , 6 - 9 de Octubre de 2003, Orlando, páginas 2886 - 2890, divulga la introducción de las repetidoras en sistemas celulares de radio de banda ancha en zonas urbanas, para mejorar la cobertura. Se presenta una metodología para cuantificar la influencia de las repetidoras en la capacidad de una sola estación base. En ella, se considera una estación base con cuatro estaciones repetidoras fijas que cubren la misma área que cinco estaciones base en una arquitectura celular convencional. Se divulga el uso de estaciones repetidoras fijas, pero estas estaciones repetidoras se consideran solamente para proporcionar la cobertura y evitar zonas muertas en los sistemas celulares de radio en zonas urbanas. Tales zonas muertas son originadas por las sombras o bien por el desvanecimiento por múltiples caminos.

Sumario de la invención En vista de los problemas especificados anteriormente, es un objeto de la presente invención, entre otros, proporcionar un sistema celular de comunicaciones por radio con una eficiencia espectral aumentada, y para proporcionar componentes para tal sistema.

Se propone un sistema celular de comunicaciones por radio en área amplia, que comprende una pluralidad de estaciones base; una pluralidad de estaciones repetidoras; y una pluralidad de estaciones móviles; donde cada una de dichas estaciones repetidoras está asociada con al menos una de dichas estaciones base, donde cada una de dichas estaciones móviles está asociada con al menos una de dichas estaciones base o una de dichas estaciones repetidoras, donde las transmisiones inalámbricas de datos entre las estaciones móviles y las estaciones base tiene lugar bien como transmisiones de datos de un solo salto entre dichas estaciones móviles... [Seguir leyendo]

1. Un sistema celular de comunicaciones por radio de área amplia, que comprende:

- una pluralidad de estaciones base (AP) ;

- una pluralidad de estaciones repetidoras (FRS) ; y

- una pluralidad de estaciones móviles (MT, RMT) ; donde cada una de dichas estaciones repetidoras (FRS) está asociada con al menos una de dichas estaciones base (AP) , donde cada una de dichas estaciones móviles (MT, RMT) está asociada con al menos una de dichas estaciones base (AP) o una de dichas estaciones repetidoras (FRS) , donde las transmisiones de datos inalámbricas entre las estaciones móviles (MT, RMT) y las estaciones base (AP) tienen lugar como transmisiones de datos de un solo salto entre dichas estaciones móviles (MT) y sus estaciones base (AP) asociadas, o bien como transmisiones de datos de múltiples saltos que comprenden una transmisión de datos entre dichas estaciones móviles (RMT) y sus estaciones repetidoras (FRS) asociadas y una transmisión de datos entre dichas estaciones repetidoras (FRS) y las estaciones base (AP) asociadas con dichas estaciones repetidoras (FRS) ,

caracterizado porque dichas estaciones repetidoras (FRS) son estaciones repetidoras fijas y porque el número medio de transmisiones de datos de múltiples saltos en dicho sistema de comunicaciones por radio es igual o mayor que el número medio de transmisiones de datos en un solo salto.

2. El sistema de acuerdo con la reivindicación 1, en el que en dichas transmisiones de datos entre dichas estaciones repetidoras (FRS) y sus estaciones base asociadas (AP) , se utilizan antenas direccionales por dichas estaciones repetidoras (FRS) y/o dichas estaciones base (AP) .

3. El sistema de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 - 2, en el que cada una de dichas estaciones base (AP) está asociada con al menos dos estaciones repetidoras (FRS) para formar una respectiva célula reforzada con repetidoras de dicho sistema celular de comunicaciones por radio, y donde cada una de dichas estaciones base (AP) con al menos dos estaciones repetidoras asociadas (FRS) proporciona una cobertura por radio para las estaciones móviles (MT, RMT) en dicha respectiva célula reforzada con repetidoras.

4. El sistema de acuerdo con la reivindicación 3, en el que, en cada célula reforzada con repetidoras, dichas estaciones repetidoras (FRS) y dicha estación base (AP) con la que están asociadas, están sustancialmente posicionadas simétricamente.

5. El sistema de acuerdo con cualquiera de las reivindicacione.

3. 4, en el que dichas células reforzadas con repetidoras están posicionadas a través de la zona de cobertura de dicho sistema celular de comunicaciones por radio, de acuerdo con una configuración sustancialmente regular.

6. El sistema de acuerdo con cualquiera de las reivindicacione.

3. 5, en el que, en cada célula reforzada con repetidoras, se determina la posición de dichas estaciones repetidoras (FRS) y dicha estación base (AP) con la que están asociadas, de manera que se consigue la ecualización de la relación de potencia de portadora a interferencia por pequeño elemento de superficie del sistema celular de comunicaciones por radio, donde dicho pequeño elemento de superficie es de algunos órdenes de magnitud inferior a la superficie total cubierta por dicha célula reforzada con repetidoras.

7. El sistema de acuerdo con cualquiera de las reivindicacione.

3. 5, en el que, en cada célula reforzada con repetidoras, se determina la posición de dichas estaciones repetidoras (FRS) y dicha estación base (AP) con la que están asociadas, de manera que se consigue la ecualización de la capacidad de transmisión de extremo a extremo disponible por pequeño elemento de superficie del sistema celular de comunicaciones por radio, donde dicho pequeño elemento de superficie es de algunos órdenes de magnitud inferior a la superficie total cubierta por dicha célula reforzada con repetidoras.

8. El sistema de acuerdo con cualquiera de las reivindicacione.

3. 7, en el que cada estación base (AP) de una célula reforzada con repetidoras está asociada con K > 2 estaciones repetidoras (FRS) , y donde dichas K estaciones repetidoras (FRS) están posicionadas sobre un círculo alrededor de dicha estación base (AP) con la que están asociadas, con distancias angulares mutuas de sustancialmente 360º/K.

9. El sistema de acuerdo con cualquiera de las reivindicacione.

3. 8, en el que cada estación base (AP) y cada estaciones repetidoras (FRS) utilizan respectivos canales de transmisión para sus transmisiones de datos, donde dichos canales de transmisión están definidos por una frecuencia portadora y/o ventana de tiempo y/o código de dispersión y/o estado de polarización y/o dirección espacial y/o grupo de sub-portadoras de frecuencia y/o banda de frecuencia y/o código de encriptación.

10. El sistema de acuerdo con la reivindicación 9, en el que cada célula reforzada con repetidoras, dicha estación base (AP) y sus estaciones repetidoras asociadas (FRS) comparten canales de transmisión de un conjunto de canales de transmisión.

11. El sistema de acuerdo con la reivindicación 10, en el que todos los canales de transmisión de un conjunto de canales de transmisión utilizan la misma banda de frecuencias.

12. El sistema de acuerdo con cualquiera de las reivindicacione.

10. 11, en el que hay disponibles N conjuntos de canales de transmisión para dichas células reforzadas con repetidoras, y donde para N > 1 dichos N conjuntos de canales de transmisión son sustancialmente ortogonales.

13. El sistema de acuerdo con la reivindicación 12, en el que se asignan conjuntos de canales de transmisión a dichas células reforzadas con repetidoras, de manera que la distancia entre células reforzadas con repetidoras que utilizan el mismo conjunto de canales de transmisión está optimizada de acuerdo con un criterio de optimización predefinido.

14. El sistema de acuerdo con la reivindicación 12, en el que se mantiene que N > 1, y donde dichos N conjuntos de canales de transmisión están asignados a dichas células reforzadas con repetidoras, de manera que las células reforzadas con repetidoras que utilizan el mismo conjunto de canales de transmisión están posicionadas a través del área de cobertura de dicho sistema celular de comunicaciones por radio con una configuración sustancialmente regular.

15. El sistema de acuerdo con la reivindicación 9, en el que cada una de dichas estaciones base (AP) y cada una de dichas estaciones repetidoras (FRS) tiene asignado un respectivo conjunto de canales de transmisión para sus respectivas transmisiones de datos.

16. El sistema de acuerdo con la reivindicación 15, en el que todos los canales de transmisión de un conjunto de canales de transmisión utilizan la misma banda de frecuencias.

17. Los sistemas de acuerdo con cualquiera de las reivindicacione.

15. 16, en el que se pueden asignar N conjuntos diferentes de canales de transmisión a dichas estaciones repetidoras, y donde para N > 1 dichos N conjuntos de canales de transmisión son sustancialmente ortogonales.

18. El sistema de acuerdo con cualquiera de las reivindicacione.

15. 17, en el que se pueden asignar M conjuntos diferentes de canales de transmisión a dichas estaciones base (AP) , y donde para M > 1 dichos conjuntos de canales de transmisión son sustancialmente ortogonales.

19. El sistema de acuerdo con cualquiera de las reivindicacione.

15. 18, en el que los conjuntos de canales de transmisión utilizados por una estación base (AP) y sus estaciones repetidoras asociadas (FRS) de una célula reforzada con repetidoras, son sustancialmente ortogonales.

20. El sistema de acuerdo con la reivindicación 19, en el que los conjuntos de canales de transmisión utilizados por al menos dos estaciones repetidoras (FRS) de una célula reforzada con repetidoras son sustancialmente ortogonales.

21. El sistema de acuerdo con la reivindicación 19, en el que al menos dos estaciones repetidoras (FRS) de una célula reforzada con repetidoras utilizan el mismo conjunto de canales de transmisión.

22. El sistema de acuerdo con cualquiera de las reivindicacione.

15. 21, en el que los conjuntos de canales de transmisión están asignados a dichas estaciones base (AP) y estaciones repetidoras (FRS) , de manera que se optimiza la distancia entre las estaciones repetidoras (FRS) que utilizan el mismo conjunto de canales de transmisión, entre estaciones base (AP) que utilizan el mismo conjunto de canales de transmisión, y entre estaciones base (AP) y estaciones repetidoras (FRS) que utilizan el mismo conjunto de canales de transmisión, de acuerdo con un criterio de optimización predefinido.

23. El sistema de acuerdo con cualquiera de las reivindicacione.

15. 16, en el que se pueden asignar N conjuntos diferentes de canales de transmisión a dicha estación repetidora (FRS) y estaciones base (AP) , donde para N > 1 dichos N conjuntos de canales de transmisión son sustancialmente ortogonales.

24. El sistema de acuerdo con la reivindicación 23, en el que dichos N conjuntos de canales de transmisión están asignados a dichas estaciones repetidoras (FRS) y estaciones base (AP) de dicho sistema celular de comunicaciones por radio, de manera que las estaciones repetidoras (FRS) que usan el mismo conjunto de canales de transmisión y las estaciones base (AP) que utilizan el mismo conjunto de canales de transmisión están posicionadas a través de la zona de cobertura de dicho sistema celular de comunicaciones por radio, con una configuración sustancialmente regular, respectivamente.

25. El sistema de acuerdo con cualquiera de las reivindicacione.

10. 24, en el que las transmisiones de datos

entre una estación base (AP) y sus estaciones móviles (MT) asociadas y las transmisiones de datos entre dicha estación base (AP) y sus estaciones repetidoras (FRS) asociadas comparten canales de transmisión de un conjunto de canales de transmisión.

26. El sistema de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 -25, en el que las transmisiones de datos de

estaciones repetidoras (FRS) vecinas de diferentes células reforzadas con repetidoras, están desacopladas en el dominio del tiempos y/o en el dominio de frecuencias y/o en dominio de códigos y/o en el dominio de polarización y/o en el dominio del espacio.

27. El sistema de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 -26, en el que se asegura que los canales de transmisión para las transmisiones de datos entre las estaciones base (AP) y sus estaciones repetidoras (FRS)

asociadas de una célula reforzada con repetidoras, son sustancialmente ortogonales a los canales de transmisión de las transmisiones de datos entre las estaciones base (AP) y sus estaciones repetidoras (FRS) asociadas en células reforzadas con repetidoras vecinas.

28. El sistema de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 -27, en el que dichas transmisiones de datos están basadas en la modulación con múltiples portadoras.

29. El sistema de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 -28, en el que dichas estaciones repetidoras (FRS) son repetidoras de capa 2.

30. El sistema de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 -28, en el que dichas estaciones repetidoras (FRS) son repetidoras de capa 3.

31. El sistema de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 - 30, en el que dichas estaciones base (AP)

y/o dichas estaciones repetidoras (FRS) utilizan antenas de múltiples elementos o sectores, al menos para dichas transmisiones de datos con sus estaciones móviles asociadas.

32. El sistema de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 - 31, en el que dichas estaciones base (AP) y dichas estaciones repetidoras (FRS) utilizan antenas de múltiples elementos, y donde la capacidad de dichas transmisiones de datos entre dichas estaciones base (AP) y sus estaciones repetidoras (FRS) asociadas aumenta al aplicar técnicas de Múltiple Entrada - Múltiple Salida.

33. El sistema de acuerdo con cualquiera de las reivindicacione.

3. 32, en el que en cada célula reforzada con repetidoras, se transmite un canal de radiodifusión por dicha estación base (AP) y sus estaciones repetidoras (FRS) asociadas.