Sistema de comunicaciones mediante telefonía móvil y método para proporcionar cobertura de canal común utilizando antenas de formación de haz.

Un método para su uso en la comunicación inalámbrica en una estación de base,

comprendiendo el método:

transmitir información a la unidad de transmisión recepción inalámbrica, WRTU, indicando la información oportunidades de tiempo para transmitir señales de sondeo:

en respuesta a la información transmitida, detectar (204; 308) señales de sondeo de la WTRU en las oportunidades de tiempo indicadas,

donde las señales de sondeo de la WTRU son distinguibles de las señales de sondeo de otras WTRUs; y

utilizar (208; 312) una matriz de antenas de formación de haz operables selectivamente para dirigir las transmisiones de canal de enlace descendente hacia una ubicación correspondiente de la WTRU sobre la base de las señales de sondeo detectadas recibidas.

Sistema de comunicaciones mediante telefonía móvil y método para proporcionar cobertura de canal común utilizando antenas de formación de haz

Campo de la invención

La presente invención se refiere a los sistemas de comunicación de telefonía móvil. Más particularmente, la presente invención se refiere a los sistemas de comunicación inalámbrica que soportan comunicaciones de unidad de telefonía móvil y a un método de aumentar la capacidad mediante el uso de estaciones de base con formación de haz o antenas "inteligentes".

Antecedentes de la invención

Los sistemas de comunicación inalámbrica son bien conocidos en el sector. Generalmente, tales sistemas comprenden estaciones de comunicación que transmiten y reciben señales de comunicación inalámbrica entre ellos. Típicamente, se proporcionan estaciones de base que son capaces de llevar a cabo comunicaciones simultáneas inalámbricas con una pluralidad de estaciones de abonados conocidas de manera genérica como unidades de transmisión / recepción inalámbricas (WRTUs - Wireless Transmit / Receive Units, en inglés), que incluyen unidades de telefonía móvil. De manera general, el término estación de base incluye pero no está limitado a una estación de base, Nodo-B, controlador de sitio, punto de acceso u otro dispositivo de interfaz en un entorno inalámbrico. El término WTRU incluye pero no está limitado a un equipo de usuario, estación de telefonía móvil, unidad de abonados de telefonía fija o de telefonía móvil, localizador, o cualquier otro tipo de dispositivo capaz de operar en un entorno inalámbrico.

En los sistemas de Telecomunicaciones de Telefonía Móvil Universales (Universal Mobile Telecommunications Systems, en inglés) tal como se especifica mediante el Proyecto de Colaboración de Tercera Generación (3GPP - Third Generation Partnership Project, en inglés), las estaciones de base se denominan Nodos B, las estaciones de abonados se denominan Equipos de Usuario (UEs - User Equipments, en inglés) y la interfaz de CDMA (Acceso Múltiple por División de Código - Code División Múltiple Access, en inglés) inalámbrica entre los nodos B y los UEs es conocida como interfaz Uu.

Una arquitectura de sistema de UMTS típica de acuerdo con las actuales especificaciones del 3GPP se representa en la Figura 1a. La arquitectura de red de UMTS incluye una Red de Núcleo (CN - Core NetWork, en inglés) interconectada con una Red de Acceso por Radio Terrestre de UMTS (UTRAN - UMTS Terrestrial Radio Access Network, en inglés) a través de una interfaz conocida como lu que está definida con detalle en los actuales documentos de especificación del 3GPP disponibles públicamente.

La UTRAN está configurada para proporcionar servicios de telecomunicación inalámbricos a usuarios a través de los UEs mediante la interfaz de radio Uu. La UTRAN tiene estaciones de base, Nodos B, que colectivamente proporcionan la cobertura geográfica para las comunicaciones inalámbricas con los UEs. En la UTRAN, grupos de uno o más Nodos B están conectados a un Controlador de Red de Radio (RNC - Radio Network Controller, en inglés) por medio de una interfaz conocida como lub en el 3GPP. La UTRAN puede tener varios grupos de Nodos B conectados a diferentes RNCs. Los RNCs se muestran en el ejemplo representado en la Figura 1a. En el caso de que se proporcione más de un RNC en una UTRAN, se efectúa una comunicación entre RNCs por medio de una interfaz lur.

En los sistemas existentes, cuando una unidad de telefonía móvil es encendida por primera vez o atraviesa una región de cobertura de múltiples estaciones de base, debe efectuarse una determinación acerca de con qué estación de base se emparejará la unidad de telefonía móvil para llevara cabo la comunicación inalámbrica. Dependiendo del diseño del sistema, la unidad de telefonía móvil, la red de comunicaciones o las estaciones de base determinarán el emparejamiento entre cada unidad de telefonía móvil y una estación de base.

En un tipo de comunicación, una unidad de telefonía móvil monitoriza señales comunes de todas las estaciones de base que recibe y se sincroniza a la estación de base con la mejor señal de calidad de servicio (QoS - Quality of Service, en inglés). En tales sistemas, una señal de baliza radiada por cada estación de base es una transmisión de alta potencia omnidireccional que tiene una tendencia a generar interferencias.

Las antenas inteligentes que incluyen capacidad de formación de haz están ampliamente consideradas como una tecnología prometedora para mejorar la capacidad y/o la cobertura de los sistemas de acceso por radio inalámbricos, tales como los sistemas de comunicaciones de telefonía móvil del 3GPP. La característica distintiva de un sistema de acceso por radio inalámbrico que emplea antenas inteligentes es que un usuario puede ser aislado espacialmente. Las transmisiones por radio dirigidas hacia, o recibidas de, un usuario están aisladas de tal manera que se minimizan las interferencias hacia y desde otros usuarios. La Figura 1b ilustra una antena inteligente de un Nodo B enfocada hacia un UE de un sistema del 3GPP.

Los sistemas de acceso por radio inalámbricos, tales como los UMTSs que emplean antenas inteligentes, infieren beneficios dobles al nivel de sistema utilizando antenas direccionales altamente enfocadas. En primer lugar, la

capacidad del sistema mejora como resultado de la reducción en la Interferencia generada. En segundo lugar, la cobertura del sistema mejora, lo que resulta en un mejor rendimiento del enlace. El Incremento en la cobertura de radio a partir del uso de la tecnología de antena Inteligente representa una característica particularmente atractiva para los sistemas de comunicaciones inalámbricos. La aplicación de la tecnología de antena inteligente, que Incluye formación de haz es bastante sencilla una vez que se ha establecido un enlace de radio entre un móvil y un punto de acceso de radio para intercambiar información sobre un canal dedicado.

Además de los enlaces de radio dedicados, típicamente se emplean canales comunes en los sistemas de acceso por radio inalámbricos. Los canales comunes se establecen con varios propósitos, tales como: 1) permitir la sincronización de móviles en tiempo y en frecuencia, por ejemplo, un canal de sincronización compartido (SCH - Syncronization CHannel, en Inglés) del 3GPP; 2) emitir Información del sistema que es esencial para el registro en la red cuando se produce el encendido, por ejemplo en un canal de emisión (BCH - Broadcast CHannel, en Inglés) del 3GPP; y 3) localización de móviles en modo de reposo, por ejemplo en un canal indicador de localización (PICH - Paging Indicator CHannel, en inglés), un canal de localización (PCH - Paging CHannel, en inglés) y un canal de acceso de transmisión (FACH - Forward Access CHannel, en inglés) del 3GPP.

En un sentido estadístico, la cobertura geográfica que es proporcionada por los canales comunes de enlace descendente define el área de cobertura de una estación de base, que en UMTS se denomina comúnmente una célula. De manera más específica, el área de servicio proporcionada por un sistema de acceso por radio inalámbrico es determinada a partir de la cobertura de los canales comunes.

Un incremento significativo en el área de célula cubierta por un sistema de acceso por radio Inalámbrico utilizando tecnología de antena inteligente se consigue empleando antenas altamente dlrecclonales que potencian la ganancia de tales sistemas. Una ganancia de una antena direccional puede conseguirse cuando la posición de una antena puede ser estimada por su antena de pareja y viceversa. Tales circunstancias se cumplen generalmente cuando se establece un enlace de radio dedicado entre un móvil y un punto de acceso de radio.

El uso de antenas inteligentes para la transmisión y la recepción de canales comunes no está definido en las especificaciones del 3GPP existentes para sistemas de acceso por radio inalámbricos y las ventajas que resultan del uso de tecnología de antena inteligente no han sido aprovechadas aún para la transmisión y la recepción de canales comunes. Una razón para esto es que la cobertura de los canales comunes, tales como el BCH y el PICH debe estar garantizada para todos los móviles, incluyendo aquéllos para los cuales la ubicación es desconocida. De manera más específica, una red de acceso por radio debe asegurar que todos los móviles pueden sincronizarse con la red de manera fiable, leer información de emisión y monltorlzar páginas, por nombrar algunas cosas. Esta complicación resulta en sistemas de acceso por radio Inalámbricos que transmiten canales comunes utilizando antenas omnidireccionales convencionales que cubren células completas... [Seguir leyendo]

1. Un método para su uso en la comunicación inalámbrica en una estación de base, comprendiendo el método:

transmitir información a la unidad de transmisión recepción inalámbrica, WRTU, indicando la información oportunidades de tiempo para transmitir señales de sondeo:

en respuesta a la información transmitida, detectar (24; 38) señales de sondeo de la WTRU en las oportunidades de tiempo indicadas,

donde las señales de sondeo de la WTRU son distinguibles de las señales de sondeo de otras WTRUs; y

utilizar (28; 312) una matriz de antenas de formación de haz operables selectivamente para dirigir las transmisiones de canal de enlace descendente hacia una ubicación correspondiente de la WTRU sobre la base de las señales de sondeo detectadas recibidas.

2. El método de la reivindicación 1, en el que la WTRU transmite las señales de sondeo en las oportunidades de tiempo con la condición de que la WTRU no esté transmitiendo datos en las oportunidades de tiempo.

3. El método de la reivindicación 1, en el que las señales de sondeo son impulsos de sondeo.

4. Una estación de base que comprende:

una matriz de antenas de formación de haz operables selectivamente;

un transmisor configurado para transmitir información a una unidad de transmisión recepción inalámbrica, WTRU, indicando la información las oportunidades de tiempo para transmitir señales de sondeo;

un receptor, en respuesta a la información transmitida, configurado para detectar (24; 38) señales de sondeo de la WTRU en las oportunidades de tiempo indicadas, donde las señales de sondeo de la WTRU son distinguibles de las señales de sondeo de otras WTRUs; y

un transmisor configurado para operar selectivamente la matriz de antenas de formación de haz para dirigir las transmisiones de canal de enlace descendente hacia una ubicación relativa de la WTRU sobre la base de las señales de sondeo detectadas recibidas.

5. La estación de base de la reivindicación 4, en la que la WTRU transmite las señales de sondeo en los intervalos de tiempo periódicos asignados con la condición de que la WTRU no esté transmitiendo datos en las oportunidades de tiempo.

6. La estación de base de la reivindicación 4, en la que las señales de sondeo son impulsos de sondeo.

7. Una unidad de transmisión / recepción, inalámbrica, WTRU, que comprende:

un receptor configurado para recibir información de una estación de base; indicando la información oportunidades de tiempo para transmitir señales de sondeo:

un transmisor configurado para transmitir (34; 44) señales de sondeo a la estación de base en las oportunidades de tiempo indicadas en respuesta a la información recibida, donde las señales de sondeo son distinguibles de las señales de sondeo de otras WTRUs; y

donde el receptor está además configurado para recibir (314) transmisiones de canal de enlace descendente con formación de haz desde la estación de base sobre la base de las señales de sondeo.

8. La WTRU de la reivindicación 7, en la que el transmisor está además configurado para transmitir las señales de sondeo en las oportunidades de tiempo con la condición de que la WTRU no esté transmitiendo en las oportunidades de tiempo.

9. La WTRU de la reivindicación 7, en la que las señales de sondeo son impulsos de sondeo.

1. La WTRU de la reivindicación 7, en la que el receptor está además configurado para recibir transmisiones con formación de haz de manera substancialmente simultánea de una pluralidad de estaciones de base en respuesta a las señales de sondeo.

11. Un método para su uso en una unidad de transmisión / recepción, inalámbrica, WTRU, comprendiendo el método:

recibir información por parte de la WTRU de una estación de base, indicando la información oportunidades de tiempo para transmitir señales de sondeo:

en respuesta a la información recibida, transmitiendo (34; 44) señales de sondeo por parte de la WTRU a la estación de base en las oportunidades de tiempo indicadas, donde las señales de sondeo de la WTRU son distinguibles de las señales de sondeo de otras WTRUs; y

recibir (314) transmisiones de canal de enlace descendente con formación de haz por parte de la WTRU de la 5 estación de base sobre la base de las señales de sondeo.

12. El método de la reivindicación 11, en el que la WTRU transmite las señales de sondeo en las oportunidades de tiempo con la condición de que la WTRU no esté transmitiendo datos en las oportunidades de tiempo.

13. El método de la reivindicación 11, en el que las señales de sondeo son impulsos de sondeo.

14. El método de la reivindicación 11, en el que la WTRU recibe transmisiones con formación de haz de manera 1 substancialmente simultánea de una pluralidad de estaciones de base en respuesta a las señales de sondeo.

15. Un método para su uso en un sistema de comunicación inalámbrica que utiliza información, comprendiendo el método:

transmitir información por parte de una primera estación de base a una unidad de transmisión / recepción inalámbrica, WTRU, la información indicando las oportunidades de tiempo para transmitir señales de sondeo:

en respuesta a la información transmitida, detectar, por parte de una pluralidad de estaciones de base que incluyen la primera estación de base, señales de sondeo de la WTRU en las oportunidades de tiempo indicadas, donde las señales de sondeo de la WTRU son distinguibles de las señales de sondeo de otras WTRUs; y

utilizar cada una de las pluralidad de estaciones de base una matriz de antenas de formación de haz operables selectivamente para dirigir de manera substancialmente simultánea transmisiones de canal de enlace descendente 2 hacia una ubicación relativa de la WTRU sobre la base de las señales de sondeo detectadas.