Difusión de enlace descendente mediante transmisiones secuenciales desde una estación de comunicaciones que presenta una red de antenas.

Un método para transmitir una señal de enlace descendente (103) desde una estación de comunicaciones auna o más unidades de abonado,

estación de comunicaciones que incluye una red de antenas (109) quepresenta una pluralidad de elementos de antena (109.1, 109.2, 109.m), estando cada elemento de antenaunido a un aparato de transmisión asociado (107.1, 107.2, 107.m) que presenta una entrada (106.1, 106.2,106.m) y una salida, siendo la unión de cada elemento de antena a la salida de su aparato de transmisiónasociado, estando las entradas del aparato de transmisión unidas a uno o más procesadores de señales(105), método que comprende:

procesar de forma iterativa la misma señal de enlace descendente (103) a través de una pluralidad dediferentes procedimientos de procesado de señales, comprendiendo cada uno de los diferentesprocedimientos de procesado de señales la ponderación de un caso de la señal de enlace descendente(103) en fase y amplitud de acuerdo con un correspondiente vector de ponderación complejoseleccionado de una secuencia de diferentes vectores de ponderación de forma que cada procedimientode procesado de señales forme una pluralidad de señales de enlace descendente procesadas, siendocada una de las señales de enlace descendente procesadas para la transmisión desde un elemento deantena diferente en la red de antenas, secuencia de diferentes vectores de ponderación que comprenden vectores de ponderación que son representativos de un conjunto mayor de p vectores de ponderacióndiseñados para la transmisión a unidades de abonado conocidas, siendo los p vectores de ponderacióndeterminados desde identificaciones espaciales asociadas a dichas unidades de abonado; y

transmitir de forma secuencial cada pluralidad de señales de enlace descendente procesadas a travésde la red de antenas (109), con el fin de generar un nivel de radiación deseado en un número deubicaciones diferentes dentro de un sector deseado.

Difusión de enlace descendente mediante transmisiones secuenciales desde una estación de comunicaciones que presenta una red de antenas

CAMPO DE LA INVENCIÓN

Esta invención hace referencia al campo de los sistemas de comunicaciones inalámbricas, y más concretamente, a la difusión eficaz de señales de canales de comunicación de enlace descendente comunes en un sistema de comunicaciones inalámbricas mediante una estación de comunicación que utiliza una red de antenas transmisoras de múltiples elementos con el fin de conseguir un diagrama casi omnidireccional en toda el área de cobertura.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

Ya se conocen sistemas de comunicaciones inalámbricas celulares, en los que se divide un área geográfica en celdas y cada celda incluye una estación base (BS, BTS) para su comunicación con unidades de abonado (UA) (denominadas también terminales remotos, unidades móviles, estaciones móviles, estaciones de abonado o usuarios remotos) dentro de la celda. En un sistema como tal, existe la necesidad de difundir 15 información desde una estación base a las unidades de abonado dentro de la celda, por ejemplo, para buscar a una unidad de abonado específica con el fin de iniciar una llamada con esa UA o para enviar información de control a todas las unidades de abonado, por ejemplo, sobre cómo comunicarse con la estación base, incluyendo dicha información de control, por ejemplo, la identificación de la estación base, el tiempo y los datos de sincronización. Dicha búsqueda e información de control se difunde en lo que se denomina canales de control 20 comunes. Ya que no existe normalmente información previa con respecto a la ubicación del (de los) usuario (s) remoto (s) que necesitan recibir la búsqueda o la información de control, o ya que dicha información está destinada a varios usuarios, se prefiere transmitir dichas señales de forma omnidireccional, o casi omnidireccional, donde omnidireccional hace referencia generalmente al hecho de que el diagrama de potencia radiada de la estación base es independiente del acimut y la elevación dentro del área de cobertura prescrita de la estación base. Esta invención trata los métodos y aparatos para conseguir dichas transmisiones omnidireccionales.

Algunos ejemplos de un sistema celular a los que puede aplicarse la presente invención son sistemas análogos que usan normas AMPS, sistemas digitales que utilizan variantes del protocolo de Sistema de Telefonía Manual Personal (PHS por sus siglas inglés) definido por la norma preliminar de la asociación de 30 normalización en Japón Association of Radio Industries and Businesses (ARIB) , RCR STD-28 (versión 2) , Dic. 1995, y los sistemas digitales que utilizan el protocolo de sistema global para las comunicaciones móviles (GSM por sus siglas en inglés) , incluyendo la versión original, versión de 1, 8 GHz denominada DCS-1800, y la versión norteamericana del sistema de comunicaciones personales de 1, 9 GHz (PCS por sus siglas en inglés) denominado PCS-1900, siendo estas tres las denominadas “variantes” de GSM en la presente memoria. Las 35 normas PHS y GSM definen dos conjuntos generales de canales funcionales (también llamados canales lógicos) : un conjunto de canal de control (CCH) y un conjunto de canal de tráfico (TCH) . El conjunto TCH incluye canales bidireccionales para transmitir datos de usuario entre las unidades de abonado y una estación base. El conjunto CCH incluye un canal de control de difusión (BCCH) , un canal de búsqueda (PCH) y otros canales diferentes que no son relevantes para la presente memoria. El BCCH es un canal de enlace descendente unidireccional para la 40 difusión de la información de control desde la estación base a las unidades de abonado que incluye la información de estructura del canal y el sistema y el PCH es un canal de enlace descendente de una dirección que difunde información desde la estación base a un conjunto seleccionado de unidades de abonado o a una amplia área de múltiples unidades de abonado (área de búsqueda) y normalmente se usa para avisar a una estación remota específica de una llamada entrante. La presente invención es aplicable para todas las 45 transmisiones y difusiones de enlace descendente. Es aplicable especialmente para BCCH y PCH que se usan mediante una estación base para transmitir de forma simultánea información común a más de un abonado (es decir, para difundir) . También es aplicable a otras situaciones en las que es recomendable transmitir energía de RF de forma omnidireccional o al menos sin valores nulos en ninguna parte en la región destinada.

El uso de redes de antenas para la radiación de energía de radiofrecuencia (RF) está bastante 50 establecido en una variedad de radiodisciplinas. Para la transmisión en el enlace descendente desde una estación base que incluya una red de antenas a un receptor remoto (la unidad de abonado) , la señal destinada para la UA puede proporcionarse como entrada para cada uno de los elementos radiantes de la red, difiriendo de elemento en elemento únicamente por los factores de fase y ganancia, lo que normalmente tiene como resultado, por diseño, un diagrama de radiación direccional centrado en la unidad de abonado. Entre los beneficios de este 55 tipo de estrategia de transmisión se incluyen una ganancia aumentada sobre esa posible utilizando un único elemento radiante y una interferencia reducida con otros usuarios de canales comunes en el sistema en comparación con la transmisión mediante un único elemento radiante. Utilizando dicha red de antenas, también se pueden usar técnicas de acceso múltiple por división espacial (SDMA) , en las que el mismo “canal convencional” (es decir, el mismo canal de frecuencia en un sistema de acceso múltiple por división de frecuencia (FDMA) , intervalo de tiempo en un sistema de acceso múltiple por división de tiempo (TDMA) , código en un sistema de acceso múltiple por división de código, o intervalo de tiempo y frecuencia en un sistema TDMA/FDMA) puede asignarse a más de una unidad de abonado.

Cualquier señal de enlace descendente enviada la recibe una unidad de abonado y la señal recibida en dicha unidad de abonado receptora se procesa como ya se conoce en la técnica.

Cuando se envía una señal desde una unidad remota a una estación base (es decir, la comunicación está en el enlace ascendente) , la estación base normalmente (y no de forma necesaria) es aquella que utiliza una red de antenas receptoras (normalmente, y no de forma necesaria, la misma red de antenas que para la 10 transmisión) . Cada una de las señales de la estación base recibidas en cada elemento de la red receptora se ponderan en amplitud y fase mediante una ponderación de recepción (también denominada ponderación demultiplexora espacial) , procedimiento conocido como demultiplexación espacial, determinando las ponderaciones de recepción un vector de ponderación de recepción de valor complejo que depende de la identificación espacial de recepción del usuario remoto que transmite a la estación base. La identificación 15 espacial de recepción caracteriza cómo la red de la estación base recibe señales desde una unidad de abonado específica en ausencia de cualquier interferencia. En el enlace descendente (comunicaciones desde la unidad de la estación base a una unidad de abonado) , la transmisión se consigue ponderando la señal para que sea transmitida por cada elemento de la red en amplitud y fase mediante un conjunto de ponderaciones de transmisión respectivas (también denominadas ponderaciones multiplexoras espaciales) , determinando todas las 20 ponderaciones de transmisión para un usuario determinado un vector de ponderación de transmisión de valor complejo que también depende de lo que se conoce como “identificación espacial de enlace descendente” o “identificación espacial de transmisión” del usuario remoto que caracteriza cómo el usuario remoto recibe señales desde la estación base en ausencia de cualquier interferencia. Cuando se transmite a varios usuarios remotos en el mismo canal convencional, la suma de las señales ponderadas se transmite por la red de antenas. Esta invención está relacionada principalmente con las comunicaciones de enlace descendente, aunque obviamente las técnicas también se pueden aplicar a comunicaciones de enlace ascendente cuando la unidad de abonado también utilice una red de antenas para transmitir y se recomiende una transmisión omnidireccional desde dicha unidad de abonado.

En sistemas que utilizan redes de antenas, la ponderación de las señales ya sea en el enlace ascendente desde cada elemento de antenas en una red de antenas o en el enlace descendente a cada elemento de antena se denomina procesado... [Seguir leyendo]

1. Un método para transmitir una señal de enlace descendente (103) desde una estación de comunicaciones a una o más unidades de abonado, estación de comunicaciones que incluye una red de antenas (109) que presenta una pluralidad de elementos de antena (109.1, 109.2, 109.m) , estando cada elemento de antena unido a un aparato de transmisión asociado (107.1, 107.2, 107.m) que presenta una entrada (106.1, 106.2, 106.m) y una salida, siendo la unión de cada elemento de antena a la salida de su aparato de transmisión asociado, estando las entradas del aparato de transmisión unidas a uno o más procesadores de señales (105) , método que comprende:

procesar de forma iterativa la misma señal de enlace descendente (103) a través de una pluralidad de 10 diferentes procedimientos de procesado de señales, comprendiendo cada uno de los diferentes procedimientos de procesado de señales la ponderación de un caso de la señal de enlace descendente (103) en fase y amplitud de acuerdo con un correspondiente vector de ponderación complejo seleccionado de una secuencia de diferentes vectores de ponderación de forma que cada procedimiento de procesado de señales forme una pluralidad de señales de enlace descendente procesadas, siendo cada una de las señales de enlace descendente procesadas para la transmisión desde un elemento de antena diferente en la red de antenas, secuencia de diferentes vectores de ponderación que comprende n vectores de ponderación que son representativos de un conjunto mayor de p vectores de ponderación diseñados para la transmisión a unidades de abonado conocidas, siendo los p vectores de ponderación determinados desde identificaciones espaciales asociadas a dichas unidades de abonado; y

transmitir de forma secuencial cada pluralidad de señales de enlace descendente procesadas a través de la red de antenas (109) , con el fin de generar un nivel de radiación deseado en un número de ubicaciones diferentes dentro de un sector deseado.

2. Método de acuerdo con la reivindicación 1, en el que el nivel de radiación deseado es un nivel no nulo.

3. Método de acuerdo con la reivindicación 1 o 2, en el que el sector deseado está conformado por un 25 intervalo de acimuts hasta un intervalo completo de acimuts de la red de antenas.

4. Método de acuerdo con la reivindicación 1, en el que los n vectores de ponderación representativos se determinan usando un proceso de agrupación de cuantificaciones vectoriales, que comprende:

asignar un conjunto inicial de vectores de ponderación (333, 335, 337, 339) como un conjunto actual de vectores de ponderación representativos;

combinar cada uno de dichos vectores de ponderación diseñados para la transmisión a las unidades de abonado conocidas con su vector de ponderación representativo más cercano en el conjunto actual, de acuerdo con un criterio de asociación; determinar una medida media de una distancia entre cada vector de ponderación representativo en el conjunto actual y todos los vectores de ponderación combinados con ese vector de ponderación representativo; sustituir cada vector de ponderación representativo en el conjunto actual con un vector de ponderación principal (343, 345, 347, 349) para todos los vectores de ponderación que han sido combinados con ese vector de ponderación representativo; y repetir de forma iterativa los pasos de combinación, determinación y sustitución hasta que una magnitud

de la diferencia entre la medida media en una presente iteración y la distancia media en la iteración previa sea menor que un umbral.

5. Método de acuerdo con la reivindicación 4, en el que el criterio de asociación para la cercanía es la distancia euclidiana y el vector de ponderación principal es el baricentro geométrico de todos los vectores de ponderación que han sido combinados con el vector de ponderación representativo del conjunto actual

de vectores de ponderación representativos durante esa iteración.

6. Método de acuerdo con la reivindicación 4, en el que la medida media es el cuadrado medio de la distancia.

7. Método de acuerdo con la reivindicación 4, en el que el criterio de asociación usado para la cercanía es el ángulo coseno máximo y el vector de ponderación principal es el vector singular principal obtenido a partir de la ejecución de la descomposición en valores singulares en todos los vectores de ponderación que han

sido combinados con el vector de ponderación representativo del presente conjunto de vectores de ponderación representativos durante esa iteración.

8. Método de acuerdo con la reivindicación 4, en el que el conjunto inicial de vectores de ponderación corresponde a los vectores de ponderación de amplitud unitaria dirigidos a diferentes ángulos separados de forma uniforme en el sector deseado.

9. Método de acuerdo con la reivindicación 1, en el que el conjunto de vectores de ponderación representativos forma una primera subsecuencia de la secuencia de vectores de ponderación y la secuencia de vectores de ponderación comprende además una segunda subsecuencia de vectores de ponderación.

10. Método de acuerdo con la reivindicación 9, en el que la segunda subsecuencia comprende un vector de ponderación específico diseñado para proporcionar un diagrama de radiación específico recomendado en el sector deseado, donde los vectores de ponderación específicos minimizan una función de costos de posibles vectores de ponderación que incluye una expresión de la variación a partir del diagrama de radiación específico recomendado del diagrama de radiación dentro del sector que resulta de la transmisión usando el vector de ponderación.

11. Método de acuerdo con la reivindicación 10, en el que el diagrama de radiación específico recomendado es un diagrama casi omnidireccional.

12. Método de acuerdo con la reivindicación 10, en el que la segunda subsecuencia es un conjunto de vectores de ponderación ortogonales.

13. Un aparato de comunicación, que comprende:

una red de antenas (109) que presenta una pluralidad de elementos de antena (109.1, 109.2, 109.m) , estando cada elemento de antena unido a un aparato de transmisión asociado (107.1, 107.2, 107.m) que presenta una entrada (106.1, 106.2, 106.m) y una salida, siendo la unión de cada elemento de antena a la salida de su aparato de transmisión asociado, estando el aparato de transmisión unido a uno o más procesadores de señales (105) ; en el que uno o más procesadores de señales (105) están configurados para:

procesar de forma iterativa la misma señal de enlace descendente (103) a través de una pluralidad de diferentes procedimientos de procesado de señales, comprendiendo cada uno de los diferentes procedimientos de procesado de señales la ponderación de un caso de la señal de enlace 25 descendente (103) en fase y amplitud de acuerdo con un correspondiente vector de ponderación complejo seleccionado de una secuencia de diferentes vectores de ponderación de forma que cada procedimiento de procesado de señales forme una pluralidad de señales de enlace descendente procesadas, siendo cada una de las señales de enlace descendente procesadas para la transmisión desde un elemento de antena diferente en la red de antenas, secuencia de diferentes vectores de ponderación que comprende n vectores de ponderación que son representativos de un conjunto mayor de p vectores de ponderación diseñados para la transmisión a unidades de abonado conocidas, siendo los p vectores de ponderación determinados desde identificaciones espaciales asociadas a dichas unidades de abonado conocidas; y

en el que el aparato de comunicación está configurado para transmitir de forma secuencial cada pluralidad de señales de enlace descendente procesadas a través de la red de antenas (109) , con el fin de generar un nivel de radiación deseado en un número de ubicaciones diferentes dentro de un sector deseado.

14. Aparato de comunicación de acuerdo con la reivindicación 13, en el que dichos uno o más procesadores de señales comprenden al menos un procesador de señales para cada elemento de antena (109.1, 109.2, 40 109.m) dentro de la red de antenas (109) .

15. Aparato de comunicación de acuerdo con la reivindicación 13, en el que el nivel de radiación deseado es un nivel no nulo.

16. Aparato de comunicación de acuerdo con la reivindicación 13, en el que el sector deseado está compuesto de un intervalo de acimuts hasta un intervalo completo de acimuts de la red de antenas (109) .

17. Aparato de comunicación de acuerdo con la reivindicación 13, en el que dichos uno o más procesadores de señales (105) están configurados para determinar los n vectores de ponderación representativos usando un proceso de agrupación de cuantificaciones vectoriales, que incluye:

asignar un conjunto inicial de vectores de ponderación (333, 335, 337, 339) como un conjunto actual de vectores de ponderación representativos;

combinar cada uno de dichos vectores de ponderación diseñados para la transmisión a las unidades de abonado conocidas con su vector de ponderación representativo más cercano en el conjunto actual, de acuerdo con cierto criterio de asociación; determinar una medida media de una distancia entre cada vector de ponderación representativo en el conjunto actual y todos los vectores de ponderación combinados con ese vector de ponderación representativo; sustituir cada vector de ponderación representativo en el conjunto actual con un vector de ponderación principal (343, 345, 347, 349) para todos los vectores de ponderación que han sido combinados con ese vector de ponderación representativo; y repetir de forma iterativa los pasos de combinación, determinación y sustitución hasta que una magnitud de la diferencia entre la medida media en una presente iteración y la distancia media en la iteración previa sea menor que un umbral.

18. Aparato de comunicación de acuerdo con la reivindicación 17, en el que el criterio de asociación para la cercanía es la distancia euclidiana y el vector de ponderación principal es el baricentro geométrico de todos los vectores de ponderación que han sido combinados con el vector de ponderación representativo del conjunto actual de vectores de ponderación representativos durante esa iteración.

19. Aparato de comunicación de acuerdo con la reivindicación 17, en el que la medida media es el cuadrado medio de la distancia.

20. Aparato de comunicación de acuerdo con la reivindicación 17, en el que el criterio de asociación usado para la cercanía es el ángulo coseno máximo y el vector de ponderación principal es el vector singular principal obtenido a partir de la ejecución de la descomposición en valores singulares en todos los vectores de ponderación que han sido combinados con el vector de ponderación representativo del presente conjunto de vectores de ponderación representativos durante esa iteración.

21. Aparato de comunicación de acuerdo con la reivindicación 17, en el que el conjunto inicial de vectores de ponderación corresponde a los vectores de ponderación de amplitud unitaria dirigidos a diferentes ángulos separados de forma uniforme en el sector deseado.

22. Aparato de comunicación de acuerdo con la reivindicación 13, en el que el conjunto de vectores de ponderación representativos forma una primera subsecuencia de la secuencia de vectores de ponderación y la secuencia de vectores de ponderación comprende además una segunda subsecuencia de vectores de ponderación.

23. Aparato de comunicación de acuerdo con la reivindicación 22, en el que la segunda subsecuencia comprende un vector de ponderación específico diseñado para proporcionar un diagrama de radiación específico recomendado en el sector deseado, donde los vectores de ponderación específicos minimizan una función de costos de posibles vectores de ponderación que incluye una expresión de la variación a partir del diagrama de radiación específico recomendado del diagrama de radiación dentro del sector que resulta de la transmisión usando el vector de ponderación.

24. Aparato de comunicación de acuerdo con la reivindicación 23, en el que el diagrama de radiación específico recomendado es un diagrama casi omnidireccional.

25. Aparato de comunicación de acuerdo con la reivindicación 23, en el que la segunda subsecuencia es un conjunto de vectores de ponderación ortogonales.