Difusión de enlace ascendente mediante transmisiones secuenciales desde una estación de comunicaciones que tiene una red matricial de antenas.

Un método para transmitir una señal de enlace ascendente (103) desde un terminal distante a una o más estaciones de comunicaciones,

incluyendo el terminal distante una red matricial de antenas (109) que tienen una pluralidad de elementos de antena (109.1, 109.2, 109.m.), estando cada elemento de antena acoplado a un aparato de transmisión asociado (107.1, 107.2, 107.m) que tiene una entrada (106.1, 106.2, 106.m) y una salida, estando el acoplamiento de cada elemento de antena al nivel de la salida de su aparato de transmisión asociado, con las entradas del aparato de transmisión acopladas a uno o más procesadores de señal (105), cuyo método comprende:

procesar, de manera iterativa, la misma señal de enlace ascendente (103) por intermedio de una pluralidad de diferentes procedimientos de procesamiento de señal, comprendiendo cada uno de los diferentes procedimientos de procesamiento de la señal una ponderación de una instancia de la señal de enlace ascendente (103) en fase y en amplitud en conformidad con un vector de ponderación complejo correspondiente seleccionado a partir de una secuencia de diferentes vectores de ponderación de modo que cada procedimiento de procesamiento de la señal forme una pluralidad de señales de enlace ascendente procesadas, siendo cada una de dichas señales de enlace ascendente procesadas para la transmisión desde un elemento de antena diferente en la red matricial de antenas, incluyendo la secuencia de vectores de ponderación diferentes a n vectores de ponderación que son representativos de un mayor conjunto de p vectores de ponderación designados para la transmisión a estaciones de comunicaciones conocidas, estando los p vectores de ponderación determinados a partir de signaturas espaciales asociadas con dichas estaciones de comunicaciones conocidas; y

transmitir, de manera secuencial, cada pluralidad de señales de enlace ascendente procesadas por intermedio de la red matricial de antenas (109) para generar un nivel de radiación deseado en un determinado número de diferentes emplazamientos dentro de un sector deseado.

Difusión de enlace ascendente mediante transmisiones secuenciales desde una estación de comunicaciones que tiene una red matricial de antenas

CAMPO DE LA INVENCIÓN

La presente invención se refiere al campo de los sistemas de comunicaciones inalámbricas y más en particular, a la difusión eficiente de señales de canales de comunicaciones de enlace descendente comunes en un sistema de comunicaciones inalámbricas mediante una estación de comunicación que utiliza una red matricial de antenas de transmisión de elementos múltiples con el fin de conseguir un diagrama casi omnidireccional a través de su área de cobertura.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

Son conocidos sistemas de comunicación inalámbrica celulares, en donde una zona geográfica se divide en células y cada célula incluye una estación base (BS, BTS) para la comunicación con unidades de abonados (SUs) (también denominados terminales distantes, unidades móviles, estaciones móviles, estaciones de abonados o usuarios distantes) dentro de la célula. En tal sistema, existe una necesidad de difundir información desde una estación base a unidades de abonados, a modo de ejemplo, para realizar una paginación de búsqueda de una unidad de abonado particular para poder iniciar una llamada a esa unidad SU o para enviar información de control a todas las unidades de abonados, a modo de ejemplo, sobre cómo comunicarse con la estación base, incluyendo dicha información de control, a modo de ejemplo, la identificación de estación base, la temporización y los datos de sincronización. Dicha paginación de búsqueda e información de control se difunde a través de los que se denominan canales de control comunes. Puesto que, con frecuencia, no existe ninguna información anterior con respecto a la localización de los usuarios distantes que necesitan recibir la paginación de búsqueda o la información de control o porque dicha información está prevista para varios usuarios, es preferible transmitir dichas señales de forma omnidireccional o casi omnidireccional, en donde el término omnidireccional significa, en general, que el diagrama de potencia radiada de la estación base es independiente del acimut y de la elevación dentro del área de cobertura prescrita de la estación base. Esta invención se refiere a métodos y aparatos para conseguir dichas transmisiones omnidireccionales.

Algunas realizaciones, a modo de ejemplo, de un sistema celular al que puede aplicarse la presente invención son sistemas analógicos que utilizan la norma AMPS, sistemas digitales que utilizan variantes del protocolo de Sistema de Telefonía Manual Personal (PHS) definido por la norma preliminar de la Association of Radio Industries and Businesses (ARIB), RCR STD-28 (Versión 2) de diciembre de 1995 y sistemas digitales que utilizan el protocolo del denominado Sistema Global para Comunicaciones Móviles (GSM), incluyendo la versión original, la versión de 1.8 GHz denominada DCS-1800 y el sistema de comunicación personal de 1.9 GHz (PCS) norteamericano denominada PCS-1900, siendo aquí estas tres versiones denominadas "variantes" de GSM. Las normas PHS y GSM definen dos conjuntos generales de canales funcionales (también denominados 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 usuarios entre las unidades de abonados y una estación base. El conjunto CCH incluye un canal de control de difusión (BCCH ), un canal de paginación de búsqueda (PCH) y otros varios canales de control que no son de interés en esta descripción. El canal BCCH es un canal de enlace descendente unidireccional para difundir información de control desde la estación base a las unidades de abonados que incluye información de estructuras de sistemas y de canales y el canal PCH es un canal de enlace descendente unidireccional que difunde información desde la estación base a un conjunto seleccionado de unidades de abonados o un área amplia de unidades de abonados múltiples (el área de paginación de búsqueda) y que se utiliza normalmente para avisar a una estación distante particular de una llamada entrante. La presente invención es aplicable a todas las transmisiones y difusiones de enlace descendente. Es aplicable, en particular, para los canales BCCH y PCH que se utilizan por una estación base para transmitir simultáneamente información común a más de un abonado (esto es, para la difusión). Es también aplicable a otras situaciones en donde se desea transmitir energía de RF de manera omnidireccional o al menos sin ningún nulo en cualquier lugar en la zona prevista.

El uso de redes matriciales de antenas para la radiación de energía de radiofrecuencias (RF) está bien establecido en una diversidad de disciplinas de radio. Para los fines de la transmisión en el enlace descendente desde una estación base que incluye una red matricial de antenas a un receptor distante (la unidad de abonado), la señal prevista para la SU puede proporcionarse como entrada a cada uno de los elementos radiantes de la red matricial, diferenciándose un elemento de otro solamente por los factores de base y de ganancia, que normalmente resultan, por diseño, en un diagrama de radiación direccional orientado en la unidad de abonado. Las ventajas de esta clase de estrategia de transmisión incluyen un aumento de la ganancia sobre la que es posible utilizando un elemento de radiación único y disminuyendo la interferencia a otros usuarios de co-canales en el sistema en comparación por la transmisión por medio de un elemento de radiación único. Utilizando dicha red matricial de antenas, son también posibles técnicas de acceso múltiple por división espacial (SDMA) en donde el mismo "canal convencional" (esto es, el mismo canal de frecuencia en un sistema de acceso múltiple por división de frecuencias (FDMA), el intervalo temporal en un sistema de acceso múltiple por división temporal (TDMA), el código en un sistema de acceso múltiple

por división de código (CDMA) o el intervalo temporal y la frecuencia en un sistema de TDMA/FDMA) puede asignarse a más de una unidad de abonado.

Cualesquiera señales de enlace descendente enviadas son recibidas por una unidad de abonado y la señal recibida en dicha unidad de abonado receptora se procesa como es bien conocido en esta técnica.

Cuando una señal se envía desde una unidad distante a una estación base (esto es, la comunicación está en enlace ascendente), la estación base normalmente (y no necesariamente) es una estación que utiliza una red matricial de antenas de recepción (normalmente y no necesariamente, en la misma red matricial de antenas que para la transmisión). Las señales de estaciones base recibidas en cada elemento de la red matricial de recepción son cada una ponderadas en amplitud y fase mediante una ponderación de recepción (también denominada ponderación de demultiplexación espacial), siendo este procesamiento denominado demultiplexación espacial, con todas las ponderaciones de recepción determinando un vector de ponderación de recepción de valor complejo que es dependiente de la signatura espacial de recepción del usuario distante que transmite a la estación base. La signatura espacial de recepción caracteriza la forma en que la red matricial de estaciones base recibe señales desde una unidad de abonado particular en la ausencia de cualquier interferencia. En el enlace descendente (comunicaciones desde la unidad a estación base a una unidad de abonado), la transmisión se consigue mediante la ponderación de la señal a transmitirse por cada elemento de la red matricial en amplitud y fase por un conjunto de ponderaciones de transmisión respectivas (también denominadas ponderaciones de multiplexación espacial), todas las ponderaciones de transmisión para un usuario particular determinan un vector de ponderación de transmisión de valor complejo que también depende de lo que se denomina la "signatura espacial de enlace descendente" o "signatura espacial de transmisión" del usuario distante que caracteriza la forma en que el usuario distante recibe señales desde la estación base con ausencia de cualquier interferencia. Cuando se transmite a varios usuarios distantes a través del mismo canal convencional, la suma de las señales ponderadas se transmite por la red matricial de antenas. Esta invención se refiere, principalmente, a las comunicaciones de enlace descendente, aunque las técnicas ciertamente son aplicables también a comunicaciones de enlace ascendente cuando la unidad de abonado utiliza también una red matricial de antenas para transmitir y se desea una transmisión omnidireccional desde dicha unidad de abonado.

En sistemas que utilizan redes matriciales de antenas, la ponderación... [Seguir leyendo]

1. Un método para transmitir una señal de enlace ascendente (103) desde un terminal distante a una o más estaciones de comunicaciones, incluyendo el terminal distante una red matricial de antenas (109) que tienen una pluralidad de elementos de antena (109.1, 109.2, 109.m.), estando cada elemento de antena acoplado a un aparato de transmisión asociado (107.1, 107.2, 107.m) que tiene una entrada (106.1, 106.2, 106.m) y una salida, estando el acoplamiento de cada elemento de antena al nivel de la salida de su aparato de transmisión asociado, con las entradas del aparato de transmisión acopladas a uno o más procesadores de señal (105), cuyo método comprende:

procesar, de manera iterativa, la misma señal de enlace ascendente (103) por intermedio de una pluralidad de diferentes procedimientos de procesamiento de señal, comprendiendo cada uno de los diferentes procedimientos de procesamiento de la señal una ponderación de una instancia de la señal de enlace ascendente (103) en fase y en amplitud en conformidad con un vector de ponderación complejo correspondiente seleccionado a partir de una secuencia de diferentes vectores de ponderación de modo que cada procedimiento de procesamiento de la señal forme una pluralidad de señales de enlace ascendente procesadas, siendo cada una de dichas señales de enlace ascendente procesadas para la transmisión desde un elemento de antena diferente en la red matricial de antenas, incluyendo la secuencia de vectores de ponderación diferentes a n vectores de ponderación que son representativos de un mayor conjunto de p vectores de ponderación designados para la transmisión a estaciones de comunicaciones conocidas, estando los p vectores de ponderación determinados a partir de signaturas espaciales asociadas con dichas estaciones de comunicaciones conocidas; y

transmitir, de manera secuencial, cada pluralidad de señales de enlace ascendente procesadas por intermedio de la red matricial de antenas (109) para generar un nivel de radiación deseado en un determinado número de diferentes emplazamientos dentro de un sector deseado.

2. Un método según la reivindicación 1, en donde el nivel de radiación deseado es un nivel no nulo.

3. Un método según la reivindicación 1, en donde los n vectores de ponderación representativos se determinan utilizando un proceso de reagrupamiento de cuantización de vectores, 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 una transmisión a estaciones de comunicaciones conocidas con su más cercano vector de ponderación representativo en el conjunto actual, en conformidad 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 manera iterativa, las etapas de combinación, de determinación y de sustitución hasta que una magnitud de la diferencia entre la medida media en una iteración actual y la distancia media en la iteración anterior sea menor que un valor umbral.

4. Un método según la reivindicación 3, en donde el criterio de asociación utilizado para la proximidad es la distancia euclidiana y el vector de ponderación principal es el centroide 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.

5. Un método según la reivindicación 3, en donde el criterio de asociación utilizado para la proximidad es el ángulo de coseno máximo y el vector de ponderación principal es el vector singular principal obtenido de la realización de la descomposición de valores singulares sobre 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. Un método según la reivindicación 3, en donde el conjunto inicial de vectores de ponderación son los vectores de ponderación de amplitud unitaria orientados según diferentes ángulos uniformemente espaciados en el sector deseado.

7. Un terminal distante que comprende:

una red matricial de antenas (109) que tiene una pluralidad de elementos de antena (109.1, 109.2, 109.m), estando

cada elemento de antena acoplado a un aparato de transmisión asociado (107.1, 107.2, 107.m) que tiene una entrada (106.1, 106.2, 106.m) y una salida, siendo el acoplamiento de cada elemento de antena con la salida de su aparato de transmisión asociado, estando el aparato de transmisión acoplado a uno o más procesadores de señal (105);

en donde los uno o más procesadores de señal (105) están configurados para:

procesar, de manera iterativa, la misma señal de enlace ascendente (103) por intermedio de una pluralidad de procedimientos de procesamiento de la señal diferentes, con cada uno de los procedimientos de procesamiento de señal diferentes comprendiendo una ponderación de una instancia de la señal de enlace ascendente (103) en fase y en amplitud en conformidad con un vector de ponderación complejo correspondiente seleccionado entre una secuencia de diferentes vectores de ponderación de modo que cada procedimiento de procesamiento de la señal forme una pluralidad de señales de enlace ascendente procesadas, siendo cada una de dichas señales de enlace ascendente procesadas para una transmisión desde un elemento de antena diferente en la red matricial de antenas, con la secuencia de vectores de ponderación diferentes comprendiendo n vectores de ponderación que son representativos de un mayor conjunto de p vectores de ponderación diseñados para la transmisión a estaciones de comunicaciones conocidas, estando los p vectores de ponderación determinados a partir de signaturas espaciales asociadas con dichas estaciones de comunicaciones conocidas; y

en donde el terminal distante está configurado para la transmisión, de manera secuencial, de cada pluralidad de señales de enlace ascendente procesadas por intermedio de la red matricial de antenas (109), para generar un nivel de radiación deseado en varios emplazamientos diferentes dentro de un sector deseado.

8. Un terminal distante según la reivindicación 7, en donde el sector deseado está constituido por un alcance de acimuts que se extiende hasta un alcance completo de acimuts de la red matricial de antenas (109).

9. Un terminal distante según la reivindicación 7, en donde dicho uno o más procesadores de la señal (105) está configurado para determinar los n vectores de ponderación representativos utilizando un proceso de reagrupamiento de cuantización de vectores 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 estaciones de comunicaciones conocidas con su vector de ponderación representativo más próximo en el conjunto actual, en conformidad con algún 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 manera iterativa, las etapas de combinación, de determinación y de sustitución hasta que una magnitud de la diferencia entre la medida media en una iteración actual y la distancia media en la Iteración anterior sea menor que un valor umbral.

10. Un terminal distante según la reivindicación 9, en donde la medida media es el cuadrado medio de la distancia.

11. Un terminal distante según la reivindicación 9, en donde el conjunto inicial de vectores de ponderación son los vectores de ponderación de amplitud unitaria orientados en diferentes ángulos uniformemente espaciados en el sector deseado.

12. Un terminal distante según la reivindicación 7, en donde el conjunto de vectores de ponderación representativos forma una primera sub-secuencia de la secuencia de vectores de ponderación y la secuencia de vectores de ponderación comprende, además, una segunda sub-secuencia de vectores de ponderación.

13. Un terminal distante según la reivindicación 12, en donde la segunda sub-secuencia comprende un vector de ponderación particular diseñado para proporcionar un diagrama de radiación deseable particular en el sector deseado, con los vectores de ponderación particulares minimizando una función de costes de vectores de ponderación posibles que incluye una expresión de la variación con respecto al diagrama de radiación deseable particular del diagrama de radiación dentro del sector que resulta de una transmisión utilizando el vector de ponderación.

14. Un terminal distante según la reivindicación 13, en donde el diagrama de radiación deseable particular es un

diagrama casi omnidireccional.

15. Un terminal distante según la reivindicación 13, en donde la segunda sub-secuencia es un conjunto de vectores de ponderación ortogonales.