Procedimiento para asignar recursos de radio entre estaciones de base que comparten el mismo ancho de banda de frecuencia, en una red celular inalámbrica.

Un procedimiento para asignar recursos de radio entre estaciones de base (1,

2, 3) que comparten el mismoancho de banda de frecuencia, en una red celular inalámbrica, que comprende la etapa de definir un patrón de lasestaciones de base vecinas N (1, 2, 3) que utilizan dicho ancho de banda de frecuencia, siendo dicho patrón repetidoa través de dicha red caracterizado por el hecho de que dicho procedimiento comprende también las etapas de:

- la asignación de un bloque (14) de tiempo periódico dentro del cual dichas estaciones de base vecinas (N)transmiten señales de enlace descendente y reciben señales de enlace ascendente;

- separar dicho bloque de tiempo en un número N de fichas (15, 16, 17) de tiempo no superpuestas,

- y asignar una ficha (15, 16, 17) de tiempo diferente a cada estación (1, 2, 3) de base vecina de dichopatrón para que las estaciones de base vecinas de dicho patrón transmitan sucesivamente señales deenlace descendente durante su ficha de tiempo asignada.

Procedimiento para asignar recursos de radio entre estaciones de base que comparten el mismo ancho de banda de frecuencia, en una red celular inalámbrica El campo técnico de la invención es el de las redes de comunicaciones de banda ancha celulares inalámbricas.

Más en concreto, la invención se refiere a un procedimiento para asignar recursos de radio entre estaciones de base que comparten el mismo ancho de banda de frecuencia en una red celular inalámbrica.

Una red inalámbrica comprende una pluralidad de células que dividen un área de cobertura. En cada célula, una estación de base gestiona las emisiones y transmisiones de radio con los aparatos móviles situados dentro de dicha célula. Se producen dos problemas en una red inalámbrica cuando se trata de ampliar el rendimiento total.

En primer lugar, con el fin de incrementar la cobertura de radio en áreas urbanas densas para la red de banda ancha, se utiliza una infraestructura inalámbrica que comprende muchas estaciones de base que cubren pequeños radios de acción. En los actuales sistemas, la emisión de potencia de cada estación de base es sintonizada (esto es reducida) con el fin de evitar o al menos reducir las interferencias con las estaciones de base vecinas.

Al hacerlo, el número de bits que puede ser transmitido por bloque de tiempo no es máximo, debido a las interferencias restantes y a la necesaria reducción de la emisión de potencia. En consecuencia, el rendimiento total no es máximo en una gran parte de cada célula. La carga provocada por las interferencias puede ser medida por una Relación de Portadora sobre Ruido de Interferencia (CINR) . Dicha relación de CINR disminuye cuando o bien la emisión de la potencia se reduce o bien cuando existen interferencias.

Pueden ser utilizados diferentes esquemas de modulación de radio para la comunicación entre una estación de base y un teléfono móvil. La estación de base y el teléfono móvil periódicamente negocian dicho esquema de modulación con el fin de solucionar el esquema de mejor comportamiento posible de acuerdo con la calidad de la comunicación de radio. Los esquemas de modulación, BPSK, QPSK, 16QAM o incluso 64QAM pueden ser utilizados. Estos esquemas se ordenan aquí por rendimientos crecientes. Un esquema de mayor rendimiento puede transportar más bits de datos pero, así mismo, necesita una CINR mayor. Por ejemplo, una CINR de 20 dB requeriría un esquema 64QMA que permitiera una transmisión de 6 bits por bloque de tiempo, cuando una CINR de 7 dB permitiría solo un esquema BPSK y una transmisión de 1 bit por bloque de tiempo. Una CINR de menos de 7 dB se considera no apta para transmitir cualquier bit de datos y se corresponde con un agujero en la cobertura de la red.

En consecuencia, resulta difícil incrementar la CINR, dado que un incremento en la emisión de la potencia aumenta al mismo tiempo que el área de superposición entre células vecinas y, por tanto, las interferencias.

En segundo lugar, para una estación de base, el coste de la titularidad y el coste de potencia es elevado. Por desgracia, en un área urbana densa, se necesitan muchas estaciones de base con el fin de conseguir una cobertura de radio de ancho de banda. Los operadores quieren reducir estos costes asegurando al tiempo los servicios de ancho de banda en todas partes dentro del área urbana.

Un primer objetivo de la invención, consiste en organizar células y en asignar recursos de radio para potenciar al máximo la distribución de la CINR sobre la completa célula en el área urbana densa.

Un segundo objetivo de la invención consiste en reducir el coste total de la titularidad de la red inalámbrica asegurando al tiempo los servicios de banda ancha en áreas densas.

Existen diversas soluciones en la técnica anterior que intentan potenciar al máximo el uso de recursos de radio en redes celulares inalámbricas de banda ancha.

Una primera propuesta de la técnica anterior utiliza el Acceso Múltiple por División de Tiempo, como TDMA, o el TDMA Dinámico. El TDMA comparte el medio de radio entre diversos usuarios. El mismo canal de frecuencia se divide en diferentes ranuras de tiempo. Los usuarios transmiten en rápida sucesión, uno detrás de otro, utilizando cada uno su propia ranura de tiempo. Esto hace posible que múltiples estaciones compartan el mismo canal de frecuencia de radio. Los inconvenientes son:

-el ancho de banda está dividido entre células. Entonces, el ancho de banda no está óptimamente utilizado si todas las células no están igualmente cargadas,

-un teléfono móvil tiene que gestionar transferencias de interfrecuencia: tiene que escanear la lista de frecuencias vecinas y dedicar recursos a ello,

-algunas ranuras de tiempo se pierden debido a los condicionamientos de retardo en la propagación.

Otra propuesta de la técnica anterior es el Sistema Universal de Telecomunicaciones Móviles, UMTS. El UMTS utiliza la Duplexación por División de Tiempo, TDD, o la Duplexación por división de Frecuencia, FDD. El UMTS -TDD utiliza incrementos de 5 MHz del espectro, con cada rebanada dividida en tramas de 10 ms que contienen

quince ranuras de tiempo (1500 por segundo) . Las ranuras de tiempo son asignadas en un porcentaje fijo para el enlace descendente y el enlace ascendente. El Acceso Múltiple por División de Código CDMA, se utiliza dentro de cada ranura de tiempo para flujos multiplex desde o hacia transceptores múltiples. En la FDD, el transmisor y el receptor operan en diferentes frecuencias de portadora. Los inconvenientes son:

-el ancho de banda está dividido entre células. Entonces el ancho de banda no se utiliza de manera óptima mientras las células no estén igualmente cargadas,

-los códigos de difusión son asignados de manera estática,

-un teléfono móvil tiene que gestionar transferencias interfrecuencia: tiene que escanear la lista de códigos de aleatorización vecinos y dedicar recursos a ello.

Otra propuesta de la técnica anterior es la de utilizar unas unidades de antena remotas. Los inconvenientes son que las interferencias entre la antena principal y las antenas remotas no están gestionadas en esta solución por capas físicas.

Otra propuesta de la técnica anterior es el ejemplo propuesto por el foro WIMAX en base al acceso Multiple por División de Frecuencia Ortogonal Escalable, S-OFDMA. Esta técnica es impulsada por la reutilización de la frecuencia, con un modelo de combinación Nc x Ns x Nf, donde Nc es el número de portadoras diferentes de la red, Ns es el número de diferentes sectores por sitio, Nf es el número de diferentes segmentos en el ancho de banda del canal (por ejemplo la reutilización de frecuencias fraccionales) . Los inconvenientes son:

-esta propuesta no tiene en cuenta la reutilización del espacio -tiempo,

-esta instalación no soporta la distribución automática de las zonas de permutación entre sectores espaciales.

Otra propuesta de la técnica anterior es el Acceso Múltiple por División Espacial, SDMA. Esta técnica combinada con la de entrada múltiple y salida múltiple, MIMO, y la de entrada única y salida única, SISO, mejora de manera considerable la comunicación de enlace descendente. El sistema MIMO utiliza múltiples antenas tanto en el transmisor como en el receptor para mejorar el rendimiento de las comunicaciones. El sistema calcula la función de transferencia espacial de la estación móvil y la estación de base a cuya estación móvil está fijada. Los inconvenientes son:

-esta técnica no es eficiente desde un punto de vista de suministro de potencia, dado que el 90% de la potencia s consume por los filtros de tratamiento de la señal de radio de entrada múltiple / salida múltiple,

-los usuarios de enlace ascendente no pueden ser filtrados por el filtrado espacial de procesamiento de la señal porque han sido fijados a las estaciones de base vecinas. El sistema SDMA no conoce la función de transferencia de interferencias procedente de los usuarios que no han sido fijados a otra estación de base.

Otra propuesta de la técnica anterior es la Wi-Fi MERU. El producto de controlador Meru Wi-Fi define unas células virtuales. Una célula virtual se define como todas las estaciones de base del área. El controlador comparte el ancho de banda entre teléfonos móviles dividiendo el tiempo en el área. Los inconvenientes:

-el cambio de la frecuencia conduce al mismo problema que en el caso del TDMA sobre el teléfono móvil del usuario,

-el tiempo no es asignado de forma dinámica entre estaciones de base. En consecuencia, el ancho de banda no se utiliza de forma óptima debido a que todas las estaciones de base no están igualmente... [Seguir leyendo]

1. Un procedimiento para asignar recursos de radio entre estaciones de base (1, 2, 3) que comparten el mismo ancho de banda de frecuencia, en una red celular inalámbrica, que comprende la etapa de definir un patrón de las estaciones de base vecinas N (1, 2, 3) que utilizan dicho ancho de banda de frecuencia, siendo dicho patrón repetido a través de dicha red caracterizado por el hecho de que dicho procedimiento comprende también las etapas de:

-la asignación de un bloque (14) de tiempo periódico dentro del cual dichas estaciones de base vecinas (N) transmiten señales de enlace descendente y reciben señales de enlace ascendente;

-separar dicho bloque de tiempo en un número N de fichas (15, 16, 17) de tiempo no superpuestas,

-y asignar una ficha (15, 16, 17) de tiempo diferente a cada estación (1, 2, 3) de base vecina de dicho patrón para que las estaciones de base vecinas de dicho patrón transmitan sucesivamente señales de enlace descendente durante su ficha de tiempo asignada.

2. El procedimiento de la reivindicación 1, en el que las estaciones (1, 2, 3) de base de dicho patrón negocian de forma dinámica la anchura relativa de sus fichas (15, 16, 17) de tiempo.

3. El procedimiento de las reivindicaciones 1 o 2, en el que las estaciones (1, 2, 3) de base de dicho patrón comparten una trama de datos.

4. El procedimiento de una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en el que el número N es inferior o igual a 7.

5. El procedimiento de una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en el que el número N es optimizado de forma dinámica.

6. El procedimiento de una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, en el que el número N se determina de forma automática mediante el procedimiento de tanteo y se negocia entre las estaciones (1, 2, 3) de base de dicho patrón.

7. El procedimiento de la reivindicación 6, en el que el número N se fija igual a un valor máximo Nmax para todas las estaciones (1, 2, 3) de base al principio y se reduce de manera progresiva hasta que se alcanza un valor óptimo.

8. El procedimiento de la reivindicación 6, en el que el número N se fija igual a un valor mínimo Nmin para todas las estaciones (1, 2, 3) de base al principio y se incrementa de manera progresiva hasta que se alcanza un valor óptimo.

9. El procedimiento de una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, en el que la red es una red WIMAX que utiliza un esquema de modulación de acceso múltiple por división de frecuencia ortogonal escalable, S-OFDMA.

10. El procedimiento de una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, en el que el final del bloque (14) de tiempo periódico es dedicado a la recepción para que las estaciones vecinas de cada patrón estén escuchando al mismo tiempo.

11. Una estación (1, 2, 3) de base que incluye unos medios adaptados para implementar las etapas de acuerdo con el procedimiento de una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10.

12. Una red, caracterizada porque comprende unas estaciones (1, 2, 3) de base de acuerdo con la reivindicación 11, y porque dichas estaciones (1, 2, 3) de base son desplegadas siguiendo un patrón regular.

13. La red de la reivindicación 12, en el que la distancia entre dos estaciones (1, 2, 3) de base vecinas es inferior a 100 m.

14. La red de las reivindicaciones 11 o 12 es una red WIMAX que utiliza un esquema de modulación de acceso múltiple por división de frecuencia ortogonal escalable, S-OFDMA.