Sincronización de antena para MIMO en redes coherentes.

Procedimiento de sincronización de señales (5a a 5i) de antenas de RF de una pluralidad de emplazamientos (3a a 3i)de antenas de RF dispuestos en distintas ubicaciones de un sistema (1,

1a, 1b) de radiotransmisión, comprendiendo elprocedimiento:

generar una señal (7) de referencia en un oscilador (6) de referencia situado en 5 una unidad central (2) del sistema(1, 1a, 1b) de radiotransmisión,

transmitir la señal (7) de referencia como una señal óptica desde la unidad central (2) hasta los emplazamientos(3a a 3i) de antenas de RF a través de enlaces (9a, 9a', 9a", ...) de fibra óptica, y usar la señal (7) de referenciatransmitida para sincronizar las señales (5a a 5i) de antenas de RF de los distintos emplazamientos (3a a 3i) deantenas,

caracterizado por la generación de la señal (7) de referencia que tiene una frecuencia de RF, en particular en el rango delos GHz, la utilización de la señal (7) de referencia mediante al menos dos de los emplazamientos (3a a 3i) de antenas deRF para generar una señal de portadora para al menos dos de las señales (5a a 5i) de antenas de RF, y la transmisión delas al menos dos señales (5a a 5i) de antenas de RF mediante los al menos dos de los emplazamientos (3a a 3i) deantenas de RF.

Sincronización de antena para MIMO en redes coherentes

Antecedentes de la invención La invención se refiere a un procedimiento para sincronizar señales de antena de radiofrecuencia (RF) de una pluralidad de emplazamientos de antenas de RF dispuestos en distintas ubicaciones de un sistema de radiotransmisión. La invención también se refiere a un sistema de radiotransmisión adaptado para realizar el procedimiento.

MIMO (Múltiples Entradas / Múltiples Salidas) en redes coherentes ofrece un aumento significativo de la eficacia espectral en sistemas de radiotransmisión, tales como las redes celulares, especialmente en sistemas con reutilización de frecuencias en los cuales se usa el mismo espectro en cada célula. En este caso, las prestaciones del sistema están normalmente limitadas por la interferencia entre células.

A fin de obtener el máximo beneficio de la transmisión MIMO en redes coherentes en la dirección de enlace descendente, es decir, desde los emplazamientos de antenas de RF hasta las estaciones móviles, las antenas situadas en emplazamientos distantes de antenas (p. ej., situadas en una pluralidad de estaciones base que actúan conjuntamente, o Cabezales de Radio Remotos de la misma estación base) deben transmitir señales de radio con fases correlacionadas (actuando como “Antenas calibradas”) .

Por este motivo, se desea un procedimiento para mantener la sincronización de las señales de antenas de RF que limite las desviaciones entre las señales de antenas de RF (fluctuación de fase) a menos de una fracción del periodo de RF en una trama de tiempo del orden de 100 ms aproximadamente. Este periodo sería lo bastante largo como para permitir mecanismos de retroalimentación para controlar las fases. La frecuencia de la portadora de las señales de radio está comprendida habitualmente entre 1 y 5 GHz para aplicaciones celulares, y la separación entre las antenas puede ser del orden de, p. ej., entre 500 m y 1 km, o incluso más para un entorno macrocelular.

Los procedimientos conocidos para la sincronización de estaciones base, p. ej., están basados en el uso del enlace de retorno de Ethernet o, alternativamente, en el uso de una referencia de reloj GPS, los cuales se describen brevemente a continuación:

Uso de interfaz IEEE 1588 o CPRI (enlace de retorno de Ethernet) :

En la categoría de sincronización basada en Ethernet (o basada en un protocolo) , hay un procedimiento según la norma IEEE 1588 y otro basado en la interfaz CPRI. Los procedimientos de esta categoría pueden sincronizarse hasta en una fracción de un microsegundo, pero no permiten mantener antenas distantes calibradas según los requisitos anteriores.

Uso de una referencia GPS:

En el caso del GPS, el reloj maestro (oscilador maestro) está situado en el satélite del sistema GPS y una señal de referencia de 10 MHz es proporcionada por la unidad receptora del satélite GPS. Un receptor GPS está instalado en cada emplazamiento de antenas que proporciona la señal que controla a los osciladores.

Sin embargo, ninguno de ambos enfoques, es decir, GPS e IEEE 1588, es lo bastante preciso debido a que, por otro lado, se usan Bucles de Enganche de Fase (PLL) para generar la señal portadora de RF a partir de señales de referencia con una frecuencia mucho menor.

Suponiendo que una señal de RF de 2 GHz se obtiene usando un PLL a partir de una señal de referencia de 10 MHz, se obtendrá un ruido de fase en banda PLL de 20 log (2 GHz / 10 MHz) = 46 dB. Sin embargo, la red actual de canales de radio de RF está en la región comprendida entre 100 KHz y 1 MHz y, por tanto, el ruido de fase en banda PLL aumentará,

p. ej., a una frecuencia de referencia de 100 KHz, hasta 86 dB. Esto dará lugar a una enorme desviación de fase no correlacionada dentro de los Osciladores individuales de RF- (LO) en cualquier Cabezal de Radio Remoto, unido a un patrón de radio no deseado y no correlacionado (similar a un patrón SDMA (Acceso Múltiple por División de Espacio) ) en la interfaz aérea.

Como resultado, todas las antenas que estén actuando conjuntamente en el proceso de transmisión requieren una sincronización precisa, usando una señal obtenida de un oscilador maestro con una frecuencia del orden de la frecuencia de portadora.

Hay una solución comercialmente disponible para realizar tal sincronización usando una señal GPS combinada con un reloj de rubidio (Rb) : en este caso, los muy precisos relojes (de rubidio) se sincronizan externamente mediante señales GPS. Sin embargo, debido al uso de relojes de rubidio, esta solución es cara, lo que prohíbe su uso en muchas aplicaciones.

El documento WO 2007/064058 A1 muestra un aparato de sincronización de reloj sumamente preciso en un sistema de localización en tiempo real (RTLS) . El aparato incluye una unidad óptica transmisora/receptora para recibir una trama de información de reloj desde un servidor de sincronización de reloj, convertir la trama recibida de información de reloj de serie a paralelo y transmitir/recibir los datos de información de reloj y la información de reloj. Se proporciona una unidad de estimación de desfase para detectar una señal de preámbulo y una señal de información de reloj a partir de la trama de información de reloj convertida de serie a paralelo, calcular un valor de diferencia de fase comparando la señal de preámbulo detectada con la señal de información de reloj detectada, y emitir un valor de desfase basado en el valor calculado de diferencia de fase. También se proporciona una unidad de sincronización de reloj para actualizar un valor de reloj local con los tiempos del servidor de sincronización de reloj, en base al valor de desfase y la trama de información de reloj.

Resumen de la invención Según un aspecto, se proporciona un procedimiento según lo descrito en la introducción, comprendiendo el procedimiento las etapas de: generar una señal de referencia en un oscilador de referencia situado en una unidad central del sistema de radiotransmisión, transmitir la señal óptica de referencia desde la unidad central hasta los emplazamientos de antenas de RF a través de enlaces de fibra óptica, y usar la señal de referencia transmitida para sincronizar las señales de antenas de RF de los diferentes emplazamientos de antenas, generar la señal de referencia que tiene una frecuencia de RF, en particular en el rango de los GHz, usar la señal de referencia en al menos dos de los emplazamientos de antenas para generar una señal portadora para al menos dos de las señales de antenas de RF, y transmitir las al menos dos señales de antenas de RF mediante los al menos dos de los emplazamientos de antenas de RF. De esta manera, las señales de antenas de RF de diferentes emplazamientos de antenas pueden sincronizarse de manera fiable y económica.

Los inventores proponen el uso de un enlace óptico para transmitir la señal de referencia/reloj desde un oscilador “maestro” en el emplazamiento central hasta los emplazamientos de antenas “esclavas” a través de enlaces de fibra óptica. Se ha observado que la precisión de la sincronización de reloj realizada por este procedimiento depende de la fluctuación a corto plazo. La mayor parte de esta fluctuación de fase a corto plazo (debida a la diferencia de la longitud de la trayectoria óptica) es provocada por la Dispersión en Modo de Polarización (PMD) de las fibras usadas. La Dispersión en Modo de Polarización es del orden de 0, 1/0, 5 ps /ºkm, lo que hace un total de 0, 45/2, 25 ps para una distancia entre emplazamientos de 20 km. Este valor está muy por debajo del valor requerido de una desviación de 50 ps dentro de un periodo de medición de 100 ms.

Por tanto, la invención proporciona un procedimiento para la sincronización (calibración) de fase de antenas distantes y, como consecuencia, permite el uso de MIMO en redes coherentes en el enlace descendente para sistemas como LTE FDD, ya que las fases de las antenas distantes se estabilizan hasta tal punto que el canal de radio puede controlarse usando bucles de retroalimentación entre las estaciones móviles y la estación base, con una sobrecarga de transmisión moderada en la interfaz aérea.

En el caso de una configuración que comprende un NodoB como una unidad central, con Unidades de Radio Remotas en los emplazamientos de antenas, ya hay un enlace de fibra implantado para la señal digital de banda base. En el caso de una red de Acceso por Radio que comprende Nodos B clásicos y retorno por fibra, también puede realizarse el mismo procedimiento de sincronización. En particular, una pluralidad de estaciones base (Nodos B) que actúan conjuntamente pueden servir como emplazamientos de antenas, y un emplazamiento... [Seguir leyendo]

1. Procedimiento de sincronización de señales (5a a 5i) de antenas de RF de una pluralidad de emplazamientos (3a a 3i) de antenas de RF dispuestos en distintas ubicaciones de un sistema (1, 1a, 1b) de radiotransmisión, comprendiendo el procedimiento:

generar una señal (7) de referencia en un oscilador (6) de referencia situado en una unidad central (2) del sistema (1, 1a, 1b) de radiotransmisión, transmitir la señal (7) de referencia como una señal óptica desde la unidad central (2) hasta los emplazamientos (3a a 3i) de antenas de RF a través de enlaces (9a, 9a’, 9a”, ...) de fibra óptica, y usar la señal (7) de referencia transmitida para sincronizar las señales (5a a 5i) de antenas de RF de los distintos emplazamientos (3a a 3i) de antenas,

caracterizado por la generación de la señal (7) de referencia que tiene una frecuencia de RF, en particular en el rango de los GHz, la utilización de la señal (7) de referencia mediante al menos dos de los emplazamientos (3a a 3i) de antenas de RF para generar una señal de portadora para al menos dos de las señales (5a a 5i) de antenas de RF, y la transmisión de las al menos dos señales (5a a 5i) de antenas de RF mediante los al menos dos de los emplazamientos (3a a 3i) de antenas de RF.

2. Procedimiento según la reivindicación 1, que comprende además: la transmisión de una señal (11) de datos desde la unidad central (2) hasta los emplazamientos (3a a 3i) de antenas de RF.

3. Procedimiento según la reivindicación 2, en el que la señal (11) de datos y la señal (7) de referencia son transmitidas a través de enlaces (9a, 12a) de fibra independientes.

4. Procedimiento según la reivindicación 2, en el que la señal (11) de datos y la señal (7) de referencia son transmitidas a través del mismo enlace (9a’, 9a”, ...) de fibra.

5. Procedimiento según la reivindicación 4, que comprende además: la realización de una multiplexación por división de longitud de onda, WDM, para transmitir la señal (11) de datos y la señal (7) de referencia a distintas longitudes de onda a través del mismo enlace (9a’) de fibra.

6. Procedimiento según la reivindicación 4, que comprende además: la realización de una multiplexación eléctrica para transmitir la señal (11) de datos y la señal (7) de referencia a través del mismo enlace (9a”) de fibra.

7. Procedimiento según la reivindicación 1, en el que dicha señal óptica comprende una única longitud de onda.

8. Procedimiento según la reivindicación 1, en el que dicha señal óptica comprende dos componentes que tienen distintas longitudes de onda, y en el que dicho procedimiento comprende además la etapa de generación de una referencia de reloj como una diferencia entre las dos componentes mediante un mezclador de frecuencias de los emplazamientos (3a a 3i) de antenas de RF.

9. Sistema (1, 1a, 1b) de radiotransmisión, que comprende:

una pluralidad de emplazamientos (3a a 3i) de antenas de RF dispuestos en distintas ubicaciones, teniendo cada emplazamiento (3a a 3i) de antenas de RF al menos una antena (4a a 4i) de RF para generar una señal (5a a 5i) de antena de RF, una unidad central (2) que comprende un oscilador (6) de referencia para generar una señal (7) de referencia, y una pluralidad de enlaces (9a, 9a’, 9a”, ...) de fibra óptica para transmitir la señal (7) de referencia desde la unidad central (2) hasta la pluralidad de emplazamientos (3a a 3i) de antenas de RF, en el que los emplazamientos (3a a 3i) de antenas de RF están adaptados para usar la señal (7) de referencia transmitida para sincronizar las señales (5a a 5i) de antenas de RF de los distintos emplazamientos (3a a 3i) de antenas de RF,

caracterizado por estar el oscilador (6) de referencia adaptado para generar una señal (7) de referencia que tiene una frecuencia de RF, en particular en el rango de los GHz, en el que al menos dos de los emplazamientos (3a a 3i) de antenas de RF están adaptados para usar la señal (7) de referencia para generar una señal portadora para la señal (5a a 5i) de antena de RF de los al menos dos de los emplazamientos (3a a 3i) de antenas de RF, y estando adaptados los al menos dos de los emplazamientos (3a a 3i) de antenas de RF para transmitir la señal (5a a 5i) de antena de RF.

10. Sistema de radiotransmisión según la reivindicación 9, estando adaptado para la transmisión de una señal (11) de datos desde la unidad central (2) hasta los emplazamientos (3a a 3i) de antenas de RF.

11. Sistema de radiotransmisión según la reivindicación 10, que comprende además al menos un enlace (12a) de fibra adicional para transmitir la señal (11) de datos desde la unidad central (2) hasta los emplazamientos (3a a 3i) de antenas

de RF.

12. Sistema de radiotransmisión según la reivindicación 10, que comprende además una disposición (16, 17a a 17i) de multiplexación por división de longitud de onda, WDM, para transmitir la señal (7) de referencia y la señal (11) de datos a través del mismo enlace (9a’) de fibra usando distintas longitudes de onda.

13. Sistema de radiotransmisión según la reivindicación 10, que comprende además una disposición (18, 19a a 19i) de multiplexación eléctrica para la transmisión combinada de la señal (7) de referencia y la señal (11) de datos a través del mismo enlace (9a”) de fibra.

14. Sistema de radiotransmisión según la reivindicación 10, en el que los enlaces (9a, 9a’, 9a”, ...) de fibra óptica tienen una longitud de menos de 20 km, preferiblemente de menos de 10 km.

15. Sistema de radiotransmisión según la reivindicación 9, en el que cada uno de los emplazamientos (3a a 3i) de antenas de RF es un emplazamiento de un único elemento de antena de una antena de múltiples elementos.