SISTEMA Y PROCEDIMIENTO PARA UNA TRANSMISIÓN MEJORADA EN REDES DE COMUNICACIÓN MÓVIL USANDO UNA DISPOSICIÓN DE ANTENA ACTIVA.

Sistema y procedimiento para una transmisión mejorada en redes de comunicación móvil usando una disposición de antena activa.

Un sistema y procedimiento de transmisión para su uso en una red de comunicación móvil que comprende una disposición de antena activa. Comprendiendo la disposición de antena activa varios pares de submódulos de radiofrecuencia, incluyendo cada submódulo de radiofrecuencia un primer módulo desfasador (31), un módulo TRX (32) y un elemento de antena radiante (33) y en el que se aplica un desplazamiento de fase dinámico a uno de los submódulos de cada par, y en el que el vector de desplazamiento de fase se selecciona según la calidad de señal recibida por usuarios de la red de comunicación móvil usando un algoritmo que minimiza la duración del proceso de selección.

Sistema y procedimiento para una transmisión mejorada en redes de comunicación móvil usando una disposición de antena activa

CAMPO DE LA INVENCIÓN

La presente invención se refiere a comunicaciones inalámbricas y más específicamente a un sistema y procedimiento de transmisión mejorada para redes de comunicación móvil.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

El sistema y procedimiento de transmisión mejorados propuestos en la presente invención son útiles especialmente en sistemas de redes móviles que usan antenas activas.

El uso de antenas activas ha mejorado el rendimiento de las redes de telecomunicación existentes y ha simplificado la implantación de sistemas de red móvil. Además las características de funcionamiento de las antenas activas permiten una mejora de los procedimientos de comunicación existentes.

Una antena activa es una antena que contiene componentes electrónicos activos que proporcionan funcionalidades equivalentes a unidades de radio remotas (RRU) convencionales, es decir, que contienen todo el equipo de radiofrecuencia necesario para garantizar la transmisión y la recepción de señales 2G, 3G o LTE. Normalmente la antena activa se conecta a una unidad de banda base (BBU) por medio de una conexión de fibra. La función de BBU también puede integrarse en la antena activa con una conexión Iub directa como entrada a la antena activa. Esto permite la construcción de antenas de tamaño limitado y/o amplio intervalo de frecuencia.

Las antenas activas están compuestas habitualmente por varios submódulos de RF, integrando cada uno funciones de transmisión y recepción de RF, transmitiendo/recibiendo la antena activa una señal de RF combinando las señales de cada submódulo, habitualmente de forma sincrónica, por el aire (esta sincronización se obtiene y controla mediante un elemento controlador de antena activa 14) . Es decir, los submódulos operan juntos (preferiblemente de forma síncrona) para la transmisión de señales de radiofrecuencia a usuarios de la red de comunicación móvil. Cada submódulo comprende un desfasador digitalmente controlado (11) (denominado desfasador “estático”) , de modo que la señal digital que alimenta cada submódulo está desfasada independientemente con respecto a otros submódulos, un módulo transceptor (TRX) (12) y un elemento de antena (13) . El módulo TRX realiza funciones de transmisión y recepción incluyendo funciones tales como: amplificación de baja potencia mediante amplificadores de bajo ruido (LNA) en enlace ascendente; amplificación de multiportadora de baja a media potencia (MCPA) en enlace descendente; conversión ascendente/descendente; conversión digital a analógico; y funciones de filtrado (por ejemplo, funciones de duplexor, separando las frecuencias de enlace ascendente y enlace descendente en caso de FDD) . Cada TRX está conectado a un elemento de antena (por ejemplo, un dipolo) para transmitir por el aire una señal de salida (habitualmente una señal de salida de baja potencia) así como recibir señales con similar sensibilidad, tal como en una implantación macro/RRH clásica.

La figura 1 muestra una arquitectura de antena activa con N submódulos (o ramas) con el desfasador digitalmente controlado (11) controlado por el elemento controlador de antena activa (14) . Estos desfases (representados como e j.<1… e j.<N, es decir, puede ser diferentes para cada submódulo) se seleccionan como parte de la calibración de antena, es decir, los desfases (desplazamientos de fase) se seleccionan al inicio de la operación de antena según las condiciones de funcionamiento reales de la antena (inclinación, orientación, …) para lograr una operación apropiada de la antena. Por consiguiente, la selección del vector de fase para los N submódulos es estática, es decir, el vector de fase se selecciona (establece) al inicio de la operación de antena y se fija (sin cambios) durante la operación de antena, a menos que se necesite un cambio debido a un cambio significativo en las condiciones de funcionamiento de la antena. Es decir, este ajuste de fase se usa principalmente con fines de optimización y se cambia muy pocas veces. Los ajustes de inclinación de antena establecidos a través de estos desfasadores se comprueban sólo de manera poco frecuente (con una comprobación cada par de meses, normalmente) y si es necesario, hay un cambio en los desfases seleccionados. Por este motivo, el presente documento caracteriza los desfasadores convencionales como desfasadores “estáticos”: esta terminología contrasta con los desfasadores “adaptativos” o “dinámicos” descritos más adelante en este documento, que normalmente se cambian varias veces por minuto. La inteligencia en el controlador de antena activa para decidir qué vector de fase aplicar puede o bien integrarse físicamente en la antena activa o proporcionarse por separado en una unidad de banda base conectada (por ejemplo, a través de fibra óptica) a la antena activa. Sin embargo los desfasadores digitales sólo pueden ubicarse en la antena activa.

Los elementos controladores de antena activa controlan no sólo los desfasadores sino también todos los demás elementos de los diferentes submódulos (atenuadores, filtros…) necesarios para formar la señal radiante requerida o para recibir adecuadamente señales transmitidas en el enlace ascendente por los usuarios.

Otra técnica usada frecuentemente para mejorar el rendimiento de, por ejemplo, redes inalámbricas 3G es la tecnología de acceso por paquetes de enlace descendente de alta velocidad HSDPA. HSDPA es un servicio de datos basado en paquetes en sistemas W-CDMA (acceso múltiple por división de código de banda ancha) de tercera generación (3G) , que proporciona transmisión de datos de alta velocidad (con diferentes tasas de descarga, por ejemplo, 7, 2/10, 8/16, 2/21, 6 Mbps sobre un ancho de banda de 5 MHz) para soportar servicios multimedia.

HSDPA comprende diversas versiones con diferentes características y velocidades de datos. En la tabla 5.1a de la versión release 9 de la especificación TS 25.306 de 3GPP, se muestran las velocidades máximas de diferentes clases de dispositivo y la combinación de características que soportan.

Con el fin de alcanzar tasas de transmisión pico aún mayores (es decir, 28, 8 Mbps con 3GPP Release 7) , se usa la característica MIMO (múltiples entradas - múltiples salidas) en HSDPA.

En sistemas MIMO, tanto el transmisor como el receptor están equipados con múltiples antenas con el fin de mejorar el rendimiento del sistema. En particular, el uso de sistemas MIMO representa una solución útil para mejorar la capacidad y el rendimiento global de usuario de las redes. La característica MIMO básica tal como se ha normalizado en 3GPP Release 7 se basa en dos antenas transmisoras (en el nodo B o estación base) y dos antenas de recepción (en el UE) usando una única portadora. En el transmisor, los datos pueden dividirse en uno o dos flujos de datos y transmitirse a través de las dos antenas usando el mismo recurso de radio (es decir, el mismo intervalo de tiempo de transmisión y códigos HSDPA) . En una estructura de transmisor de enlace descendente genérica que soporta la operación MIMO los bloques de transporte primario y secundario se procesan cada uno (codificación y entrelazado de canales) , entonces se ensanchan y aleatorizan, a continuación se ponderan mediante pesos de precodificación. Los canales resultantes tras la precodificación MIMO (es decir, canal MIMO n.º 1 y canal MIMO n.º 2) se mapean en P-CPICH y S-CPICH (canales piloto comunes primario y secundario) , respectivamente antes de mapearse a las antenas físicas primera y segunda respectivamente. Los dos flujos de datos se recuperan por el UE a partir de las señales recibidas a través de sus dos antenas de Rx. Por tanto, para que la característica MIMO funcione, tanto la red como los terminales necesitan tener la capacidad MIMO. Con el fin de implantar MIMO y transmitir dos flujos de datos paralelos, se requieren dos amplificadores de potencia por sector (uno para cada una de las dos antenas) . Para no usar una portadora completa sólo para MIMO (5 MHz) , es más eficaz y práctico usar la misma portadora para dispositivos MIMO que la que se usa para dispositivos no MIMO (por ejemplo, terminales “legacy HSDPA”, que se podrían traducir HSDPA “heredados” o “legados” en español) .

La tecnología MIMO es una etapa importante en la evolución de HSDPA, ya que proporciona mayores tasas de transmisión de datos en enlace descendente, mientras que mejora adicionalmente la eficiencia espectral. Cuando se introduce MIMO en un sistema, es indispensable tener dos ramas de...

1. Un sistema de transmisión para su uso en una red de comunicación móvil, comprendiendo el sistema de transmisión una disposición de antena activa, comprendiendo la disposición de antena activa:

- S pares de submódulos de radiofrecuencia, donde S es un número entero positivo mayor de uno, operando los submódulos de radiofrecuencia para la transmisión de señales de radiofrecuencia a usuarios de la red de comunicación móvil, incluyendo cada submódulo de radiofrecuencia un primer módulo desfasador (31) , un módulo TRX (32) y un elemento de antena radiante (33) ,

- un controlador de antena activa que alimenta una primera señal de radio a uno dado de los submódulos de cada par de submódulos y una segunda señal de radio al otro submódulo de cada par de submódulos, en el que la primera señal de radio es la misma para todos los pares de submódulos y la segunda señal de radio es la misma para todos los pares de submódulos,

en el que, para cada par de submódulos, el submódulo de radiofrecuencia que recibe la segunda señal de radio comprende además un segundo módulo desfasador para añadir un desplazamiento de fase dinámico a la señal transmitida, y en el que el controlador de antena activa está configurado para seleccionar un vector de desplazamiento de fase dinámico, según la calidad de señal recibida por usuarios de la red de comunicación móvil, siendo dicho vector de desplazamiento de fase dinámico un conjunto de S valores de desplazamientos de fase dinámicos correspondientes a respectivos pares de submódulos de radiofrecuencia.

2. Un sistema de transmisión según la reivindicación 1, en el que la selección del vector de desplazamiento de fase dinámico incluye la siguientes etapas:

a) seleccionar un conjunto de vectores de desplazamiento de fase dinámico candidatos;

b) transmitir señales de radiofrecuencia a usuarios de la red de comunicación móvil, aplicando cada uno de los vectores de desplazamiento de fase del conjunto de vectores de desplazamiento de fase candidatos;

c) medir la calidad recibida por los usuarios de la red móvil correspondiente a cada vector de desplazamiento de fase dinámico candidato aplicado; y

d) seleccionar de entre el conjunto de vectores de desplazamiento de fase dinámico candidatos, un vector de desplazamiento de fase dinámico para su aplicación en función de la calidad medida y un criterio de optimización dado.

3. Un sistema de transmisión según la reivindicación 2, en el que el conjunto de vectores de desplazamiento de fase dinámico candidatos se selecciona muestreando el intervalo de desplazamiento de fase completo, teniendo los vectores de desplazamiento de fase seleccionados descorrelación máxima entre sí.

4. Un sistema de transmisión según la reivindicación 2, en el que el conjunto de vectores de desplazamiento de fase dinámico candidatos se selecciona, muestreando el intervalo de desplazamiento de fase completo mediante etapas dadas de Δθ grados para uno de los S desplazamientos de fase dinámicos del vector y asignando un valor fijo al resto de desplazamientos del vector, donde Δθ es un parámetro de diseño.

5. Un sistema de transmisión según la reivindicación 2, en el que el conjunto de vectores de desplazamiento de fase dinámico candidatos se selecciona, muestreando el intervalo de desplazamiento de fase completo mediante etapas dadas de Δθ grados para uno de los S desplazamientos de fase dinámicos del vector, y asignando un valor fijo al resto de desplazamientos del vector, donde Δθ es un parámetro de diseño, y esto se realiza para cada uno de los S desplazamientos dinámicos del vector.

6. Un sistema de transmisión según la reivindicación 2, en el que el conjunto de vectores de desplazamiento de fase dinámico candidatos se selecciona dividiendo los S desplazamientos de fase dinámicos del vector de desplazamiento de fase dinámico en un número definido de subgrupos, asignando el mismo valor de desplazamiento de fase para todos los desplazamientos de fase dentro del mismo subgrupo y, para cada subgrupo, muestreando independientemente de otros subgrupos el intervalo de desplazamiento de fase completo mediante etapas dadas de Δθ grados, donde Δθ es un parámetro de diseño.

7. Un sistema de transmisión según cualquiera de las reivindicaciones 2 a 6, en el que el criterio de optimización consiste en seleccionar de entre el conjunto de vectores de desplazamiento de fase dinámico candidatos, el vector de desplazamiento de fase dinámico que maximiza la ecuación

L

.LCQIi.OiLi=1

donde ωi es el peso asociado al usuario i, CQIi corresponde a la CQI (información de calidad de canal) notificada por el usuario i cuando recibe señales de transmisión transmitidas aplicando un vector de desplazamiento de fase dinámico dado y L es el número de usuarios considerados.

8. Un sistema de transmisión según la reivindicación 7, en el que sólo se tiene en cuenta la información de calidad notificada por equipos de usuario HSDPA para la selección de fase.

9. Un sistema de transmisión según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la red de comunicación móvil usa la funcionalidad de múltiples entradas, múltiples salidas, MIMO, y las señales de radio primera y segunda son señales MIMO.

10. Un sistema de transmisión según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, en el que el vector de desplazamiento de fase dinámico se selecciona para maximizar el rendimiento global recibido por los equipos de usuario HSDPA “legados”.

11. Un sistema de transmisión según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que se usa una técnica de mapeo de antena virtual, VAM, para equilibrar la potencia entre los submódulos de cada par de submódulos.

12. Un sistema de transmisión según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el controlador de antena activa realiza la selección de desplazamiento de fase dinámico de manera periódica durante la duración de una sesión de comunicación y se activa adicionalmente cuando hay un nuevo establecimiento de llamada o cualquier otro evento específico que lleva a un usuario de datos a pasar a un modo activo.

13. Un procedimiento de funcionamiento de una disposición de antena activa para su uso en una red de comunicación móvil, comprendiendo la disposición de antena activa S pares de submódulos de radiofrecuencia, operando los submódulos de radiofrecuencia para la transmisión de una señal de radiofrecuencia a usuarios de la red de comunicación móvil, donde S es un parámetro de diseño mayor que 1, incluyendo cada submódulo de radiofrecuencia un primer módulo desfasador (31) , un módulo TRX (32) y un elemento de antena radiante (33) , comprendiendo el procedimiento las siguientes etapas:

- alimentar, un controlador de antena activa, con una primera señal de radio a uno de los submódulos de cada par de submódulos y con una segunda señal de radio al otro submódulo de cada par de submódulos, en el que la primera señal de radio es la misma para todos los pares de submódulos y la segunda señal de radio es la misma para todos los pares de submódulos,

- en cada par de submódulos, añadir un desplazamiento de fase dinámico al submódulo de radiofrecuencia que recibe la segunda señal de radio,

- seleccionar, el controlador de antena activa, un vector de desplazamiento de fase dinámico según la calidad de señal recibida por los usuarios de la red de comunicación móvil, siendo dicho vector de desplazamiento de fase dinámico un conjunto S valores de desplazamientos de fase dinámicos correspondientes a respectivos pares de submódulos de radiofrecuencia.

14. Un elemento de red que incorpora la disposición de antena activa según una cualquiera de las reivindicaciones 1-12.

15. Un producto de programa informático que comprende código de programa informático adaptado para realizar el procedimiento según reivindicación 13 cuando dicho código de programa se ejecuta en un ordenador, un procesador de señal digital, una disposición de puertas programables en campo, un circuito integrado de aplicación específica, un microprocesador, un microcontrolador o cualquier otra forma de hardware programable.