Procedimiento de conversión del valor de ponderación de transmisión y recepción en un sistema de antenas inteligente.

Un procedimiento para decidir un vector de ponderación de transmisión de una antena red caracterizado porque el vector de ponderación de transmisión se decide en base a un vector de ponderación de recepción de una red de antenas en un sistema de comunicaciones FDD,

y el procedimiento incluye:

una etapa de decidir los vectores de dirección de recepción de una red de antenas de acuerdo con la diferencia de fase de la misma señal recibida por cada uno de los elementos de la red en una red de antenas; una etapa de decidir los vectores de dirección de transmisión de la red de antenas de acuerdo con la diferencia de fase de la señal de transmisión recibida por un receptor cuando cada uno de los elementos de la red en la red de antenas transmite señal;

una etapa de decidir la relación entre los vectores de ponderación de transmisión y recepción y los vectores de dirección de la red de recepción y la red de transmisión de acuerdo con un principio de varianza mínima de los patrones de haz de recepción y transmisión;

una etapa de decidir una matriz de conversión de los vectores de ponderación de recepción y transmisión de acuerdo con la relación entre los vectores de ponderación de recepción y transmisión y los vectores de dirección de la red de recepción y la red de transmisión (101); y

una etapa de obtener un vector de ponderación de transmisión correspondiente por la matriz de conversión de vectores de ponderación de recepción y transmisión de acuerdo con el vector de ponderación de recepción obtenido a partir de la señal recibida por la red de antenas (103).

Procedimiento de conversión del valor de ponderación de transmisión y recepción en un sistema de antena inteligente

Campo de la invención La presente invención se refiere a un sistema que usa una red de antenas para recibir y transmitir datos y que usa el modo multi-acceso para comunicar. Más particularmente, la invención se refiere a un procedimiento para decidir el vector de ponderación de transmisión de acuerdo con el vector de ponderación de recepción de la red de antenas en un sistema de comunicaciones móviles dúplex por división de frecuencia que usa una red de antenas para recibir y transmitir datos.

Antecedentes de la invención En un sistema común de comunicaciones móviles, se transmite una señal entre una estación base y una estación móvil a través de una pluralidad de trayectorias entre un receptor y un transmisor. Esta propagación multi-trayectoria se causa principalmente por reflexiones de la señal sobre la superficie de objetos alrededor del transmisor y el receptor. Como las trayectorias de propagación son diferentes, el tiempo de retardo de la propagación y el ángulo de llegada de la misma señal a través de las diferentes trayectorias al receptor son diferentes, lo que conduce a una interferencia multi-trayectoria y a un desvanecimiento de la señal.

Para reducir la interferencia multi-trayectoria y el desvanecimiento de la señal, el sistema de comunicación actual usa un dispositivo de recepción y un procedimiento que implementa una combinación de la diversidad de tiempos sobre la señal recibida.

Ahora tomamos un sistema CDMA como ejemplo.

En un sistema CDMA, se usa un receptor con una estructura multi-rama, en el que cada una de las ramas está sintonizada con un grupo de multi-trayectorias que se propaga a lo largo de una trayectoria única. Cada una de las ramas es un componente de un receptor único, y su función es demodular la componente de señal recibida deseada. En un sistema CDMA convencional, se usan los procedimientos coherente o incoherente para combinar las señales recibidas por los diferentes componentes del receptor de modo que se mejora la calidad de la señal recibida. Este receptor se llama receptor Rake, que puede acumular la energía multi-trayectoria con diferentes retardos de tiempo para el mismo usuario de acuerdo con ciertas normas de modo que mejora el funcionamiento del receptor.

El receptor Rake puede verse como una combinación de una diversidad de tiempos para la señal deseada. Este receptor, sin embargo, hace uso de sólo la característica del dominio del tiempo de la transmisión de señales, y no utiliza de forma efectiva la característica del espacio de la transmisión de señal. Durante la recepción de la señal, el modo de diversidad de recepción en el espacio y la diversidad de transmisión también pueden usarse para resistir a la interferencia multi-trayectoria.

Sigamos tomando como ejemplo un sistema CDMA.

En un sistema CDMA, dos antenas espaciadas varias longitudes de onda electromagnéticas en funcionamiento se disponen para la estación base. Como el efecto de la multi-trayectoria de diversos usuarios produce un desvanecimiento de Rayleigt, la correlación entre las dos señales recibidas por las dos antenas es pequeña. Por lo tanto, la implementación de la combinación de proporción máxima, la combinación de la misma ganancia o la combinación de selección sobre las dos señales puede realizar una diversidad de espacio para mejorar el funcionamiento del sistema. Sin embargo, debido a la limitación en el precio, el tamaño y la capacidad de batería, etc., es imposible para la estación móvil (especialmente un teléfono móvil) realizar la diversidad de antena de recepción. De este modo el concepto de mejora del funcionamiento del canal del enlace descendente se debe implementar en la diversidad de la antena de transmisión en la estación base.

La diversidad de la antena de transmisión en la estación base no es tan simple como la diversidad de la antena de recepción, y es relativamente compleja de realizar.

En los últimos años, las investigaciones sobre la tecnología de la diversidad de la antena de transmisión son muy activas, y también hacen ciertos progresos significativos. En el documento "Sobre los límites de la comunicación inalámbrica en un entorno de desvanecimiento cuando se usan antenas múltiples", Comunicaciones Personales Inalámbricas, Volumen 6, Nº 3, pág, 311-335, de Marzo de 1998, de G. Jfoschini, Jr y M. J. Gans calcularon la capacidad de canal, del canal de desvanecimiento en un sistema de transmisión de múltiples antenas. V. Tarokh, N. Seshadri y A. R. Calderbank propusieron un código de convolución de tiempo y espacio y el código de bloque, que son una combinación orgánica de la codificación, modulación y diversidad de la antena de transmisión. El protocolo WCDMA define dos diversidades de transmisión de bucle abierto y dos diversidades de transmisión de bucle cerrado: la diversidad de transmisión conmutada en el tiempo (TSTD) , la diversidad de transmisión en el espacio y tiempo (STTD) , el modo 1 de la diversidad de transmisión del bucle cerrado, y el modo 2 de la diversidad de transmisión del bucle cerrado.

En las diversidades de transmisión anteriores, se usan dos antenas. Los datos a transmitir generan dos señales de trayectoria de acuerdo con ciertas normas, y las señales generadas se transmiten respectivamente a través de dos canales de transmisión proporcionados por las dos antenas.

Para mejorar el funcionamiento del sistema haciendo de diferentes características de espacio de las diferentes señales, muchos investigadores han estudiado la tecnología de la antena inteligente, es decir la tecnología de la red de antenas. La antena inteligente usa dos o más elementos de red de una antena única para formar una red de antenas. Después del procedimiento de radiofrecuencia, las señales recibidas por cada uno de los elementos de la red se suman ponderando con el valor de peso adecuado de modo que se consigue una recepción direccional en el espacio. Los valores de ponderación de todos los elementos de la red pueden nombrarse como un vector de ponderación. Para conseguir una transmisión direccional al mismo tiempo que una recepción direccional, los datos de transmisión se deberían ponderar de forma similar al modo que realiza la transmisión direccional. La esencia de la ponderación es el filtro del espacio. Un vector de ponderación corresponde a cierto patrón del haz, y la clave para realizar la recepción direccional y la transmisión direccional es realizar los patrones del haz correspondientes al vector de ponderación de transmisión o iguales o bastante similares a los patrones de haz correspondientes al vector de ponderación de recepción.

La antena inteligente también puede verse como una clase de la tecnología de acceso múltiple por división del espacio (SDMA) . En el SDMA, mediante la regulación de las fases y las amplitudes de las señales recibidas por la red de antenas, las señales deseadas se intensifican mediante la adición por suma, y las otras señales de interferencia se debilitan por adición por suma. Por este procedimiento, las señales recibidas por la red de antenas pueden realizar la SNR máxima de la señal deseada después del procesamiento de la señal digital para implementar el primer haz digital (DBF) .

En un sistema de comunicación, como los procedimientos de comunicación dúplex adoptados por el sistema son diferentes, la determinación de los vectores de ponderación de recepción y transmisión de la antena inteligente son también diferentes. En otras palabras, para dejar que el patrón del haz de recepción tienda a conformar el patrón del haz de transmisión, se involucran diferentes tecnologías. Para una explicación adicional, se introduce en primer lugar brevemente el modo de comunicación dúplex del sistema de comunicaciones.

En un sistema de comunicaciones móviles digital, hay dos clases de procedimientos de comunicaciones dúplex: dúplex por división en el tiempo (TDD) y dúplex por división de frecuencia (FDD) .

En el modo TDD, la estación base y la estación móvil usan la misma frecuencia para las señales de recepción y transmisión. Para la estación base y la estación móvil, las señales de recepción y transmisión están separadas y se alternan en el tiempo, en un periodo de tiempo sólo hay señales de recepción y en otro periodo de tiempo sólo señales de transmisión. La transmisión asimétrica del enlace ascendente y del enlace descendente puede... [Seguir leyendo]

1. Un procedimiento para decidir un vector de ponderación de transmisión de una antena red caracterizado porque el vector de ponderación de transmisión se decide en base a un vector de ponderación de recepción de una red de antenas en un sistema de comunicaciones FDD, y el procedimiento incluye:

una etapa de decidir los vectores de dirección de recepción de una red de antenas de acuerdo con la diferencia de fase de la misma señal recibida por cada uno de los elementos de la red en una red de antenas; una etapa de decidir los vectores de dirección de transmisión de la red de antenas de acuerdo con la diferencia de fase de la señal de transmisión recibida por un receptor cuando cada uno de los elementos de la red en la red de antenas transmite señal; una etapa de decidir la relación entre los vectores de ponderación de transmisión y recepción y los vectores de dirección de la red de recepción y la red de transmisión de acuerdo con un principio de varianza mínima de los patrones de haz de recepción y transmisión; una etapa de decidir una matriz de conversión de los vectores de ponderación de recepción y transmisión de acuerdo con la relación entre los vectores de ponderación de recepción y transmisión y los vectores de dirección de la red de recepción y la red de transmisión (101) ; y una etapa de obtener un vector de ponderación de transmisión correspondiente por la matriz de conversión de vectores de ponderación de recepción y transmisión de acuerdo con el vector de ponderación de recepción obtenido a partir de la señal recibida por la red de antenas (103) .

2. El procedimiento de la reivindicación 1, en el que los vectores de dirección de recepción y los vectores de dirección de transmisión pueden decidirse por las frecuencias de recepción y transmisión, la estructura de la antena y el patrón de radiación del elemento de la red de antenas del sistema.

3. El procedimiento de la reivindicación 1, en el que:

los vectores de dirección de recepción pueden obtenerse registrando las amplitudes y fases de las señales recibidas por cada uno de los elementos de la red posicionados con diversos ángulos en la red de antenas a través de la red de antenas que está situada sobre una placa giratoria que puede girar horizontalmente y está espaciada una cierta distancia de la fuente de señal que transmite una señal con la frecuencia de recepción de la red de antenas; los vectores de dirección de transmisión pueden obtenerse registrando las amplitudes y las fases de las señales recibidas por cada uno de los elementos de la red posicionados con diversos ángulos en una red de antenas de recepción a través de la red de antenas de recepción que está situada sobre una placa giratoria que puede girar horizontalmente y que está espaciada a cierta distancia de la red de antenas de transmisión en el que cada uno de los elementos de la red de la antena de transmisión transmite la misma señal a su vez con la misma frecuencia de transmisión.

4. Un procedimiento para decidir un vector de ponderación de transmisión en base a un vector de ponderación de recepción de una red de antenas en un sistema de comunicación FDD, que incluye:

una etapa de ponderación de la señal de transmisión con cierto vector de ponderación de transmisión y a continuación transmitir con una frecuencia de transmisión por una red de antenas fija; una etapa de recepción de la señal de transmisión por una pluralidad de transceptores espaciados una cierta distancia desde la red de antenas una etapa de grabación de la intensidad de la señal recibida por los transceptores y transferir la intensidad de la señal detectada a un supervisor; una etapa de obtener un patrón del haz de transmisión de la red de antenas en el supervisor de acuerdo con la intensidad de la señal recibida por los transceptores posicionados con diversos ángulos; una etapa de transmitir las señales con la misma potencia de transmisión por la pluralidad de transceptores de acuerdo con una frecuencia de recepción de la red de antenas; una etapa de recibir por la red de antenas la señal transmitida por la pluralidad de transceptores, ponderándola con un vector de ponderación de recepción prefijado en el supervisor, y a continuación transferir la señal ponderada al supervisor; una etapa de obtener un patrón del haz de recepción de la red de antenas en el supervisor de acuerdo con la intensidad de la señal recibida; una etapa de ajustar y obtener un vector de ponderación de recepción de la red de antenas en el supervisor comparando el patrón del haz de transmisión con el patrón del haz de recepción de la red de antenas obtenido para obtener un par de vectores de ponderación de recepción y transmisión que satisfacen un principio de mínima varianza de los patrones de haz de recepción y transmisión; una etapa de cambiar el vector de ponderación de transmisión de la red de antenas, y repetir las etapas anteriores para obtener otro vector de ponderación de recepción correspondiente por repetición; una etapa de decidir una matriz de conversión de vectores de ponderación de recepción y transmisión de acuerdo con una pluralidad de pares de vectores de ponderación de recepción y transmisión a partir de las etapas anteriores (101) ; y una etapa de obtener un vector de ponderación de transmisión correspondiente por la matriz de conversión de vectores de ponderación de recepción y transmisión anterior de acuerdo con el vector de ponderación de recepción obtenido a partir de la señal recibida por la red de antenas (103) .

5. El procedimiento de la reivindicación 1 ó 4, en el que la red de antenas es una red en línea.

6. El procedimiento de la reivindicación 1 ó 4, en el que la red de antenas es una red circular.

7. El procedimiento de la reivindicación 1 ó 4, en el que la matriz de conversión de los vectores de ponderación de recepción y transmisión implementa la operación de conversión por una operación lineal, que puede realizarse por un procesador de señal digital.

8. El procedimiento de la reivindicación 1 ó 4, en el que la matriz de conversión de los vectores de ponderación de recepción y transmisión implementa la operación de conversión por una operación lineal, que puede realizarse por una matriz de puertas programables en campo.

9. El procedimiento de la reivindicación 1 ó 4, en el que la matriz de conversión de los vectores de ponderación de recepción y transmisión implementa la operación de conversión por una operación lineal, que puede realizarse por un chip especial.

10. El procedimiento de la reivindicación 1 ó 4, en el que de acuerdo con las diferentes bandas de frecuencia de recepción y transmisión, la matriz de conversión de los vectores de ponderación de recepción y transmisión puede decidirse como diferentes matrices de conversión correspondientes.

11. Un procedimiento para decidir un vector de ponderación de transmisión de una red de antenas caracterizado porque el vector de ponderación de transmisión se decide convirtiendo un vector de ponderación de recepción de la red de antenas combinado de un receptor Rake y la diversidad de transmisión, y el procedimiento incluye:

una etapa de recepción Rake de espacio y tiempo, en la cual se implementa un procedimiento de banda base de antena inteligente para cada una de las multi-trayectorias distinguibles en el tiempo en el receptor Rake de modo que forman los vectores de ponderación del haz de recepción correspondientes, siendo el número de vectores de ponderación de recepción igual al número de multi-trayectorias involucradas en la combinación de energía en el receptor Rake (601.a, 601.b) ; una etapa de elegir un vector de ponderación de recepción, en el que, de acuerdo con una indicación desde una señal de control para implementar la diversidad de transmisión, se elige un vector de ponderación de haz con una calidad mejor de la correspondiente señal recibida a partir de cada uno de los vectores de ponderación del haz de recepción (602.a, 602.b1, 602.b2) ; una etapa de combinar el vector de ponderación de recepción, en la que, de acuerdo con una indicación desde una señal de control para implementar la diversidad de transmisión, se suman algebraicamente los vectores de ponderación correspondientes para obtener un vector de ponderación (603.a.1, 603.a.2) ; una etapa de convertir el vector de ponderación de recepción, en la que el vector de ponderación obtenido por la etapa anterior se convierte en un vector de ponderación del haz de transmisión por una matiz de conversión de vectores de ponderación de recepción y transmisión (604.a1, 604.a.2) ; una etapa de transmitir la señal de ponderación, en la que de acuerdo con la indicación a partir de una señal de control para implementar la diversidad de transmisión, se implementa la ponderación del haz sobre los datos a transmitir usando el vector de ponderación del haz de transmisión obtenido a partir de la etapa anterior, y se envía la señal ponderada a un sistema de RF para su transmisión (605.a.1, 605.a.2) .

12. El procedimiento de la reivindicación 11, en el que cuando la señal de control indica la diversidad de transmisión, la etapa de elegir el vector de ponderación de recepción incluye la elección de dos o más vectores de ponderación de haz (Wr1, Wr2, …, Wrn) correspondientes a las señales de recepción de mejor calidad (más allá de un cierto umbral) de entre todos los vectores de ponderación del haz de recepción; la etapa de combinación de vectores de ponderación de recepción incluye añadir todos los otros vectores de ponderación del haz (Wr2, …, Wrn) excepto un vector de ponderación de haz (Wr1) correspondiente a la señal de la

mejor calidad para obtener un nuevo vector de ponderación de haz combinado (Wrb) ; la etapa de conversión del vector de ponderación de recepción incluye la conversión del vector de ponderación del haz correspondiente a la señal de la mejor calidad y el vector de ponderación de haz combinado en dos vectores de ponderación del haz de transmisión (Wt1, Wt2) por la matriz de conversión de vectores de ponderación de recepción y transmisión; la etapa de la transmisión de la señal de ponderación incluye la implementación de la operación de ponderación del haz sobre las dos señales de diversidad con los dos vectores de ponderación del haz de transmisión obtenidos anteriormente, y enviar las señales ponderadas a un sistema de RF para su transmisión.

13. El procedimiento de la reivindicación 11, en el que la señal de control no indica la transferencia de diversidad, la etapa de elección de vectores de ponderación de recepción incluye la elección de uno o más de los vectores de ponderación de haz (Wr1, Wr2, …Wrn) correspondientes a las señales de recepción de mejor calidad de entre todos los vectores de ponderación del haz de recepción; la etapa de combinación de vectores de ponderación de recepción incluye añadir todos vectores de ponderación de

haz (Wr1, Wr2, …, Wrn) para obtener un vector de ponderación de canal (Wr) ; la etapa de conversión del vector de ponderación de recepción incluye la conversión del vector de ponderación combinado anterior (Wr) en un vector de ponderación del haz de transmisión (Wt) por la matriz de conversión de vectores de ponderación de recepción y transmisión;

la etapa de transmisión de la señal de ponderación incluye implementar la operación de ponderación del haz sobre la señal a transmitir con el vector de ponderación del haz de transmisión (Wt) obtenido anteriormente, y enviar la señal ponderada al sistema de RF para su transmisión.

14. El procedimiento de la reivindicación 11, en el que, en la etapa de recepción Rake de espacio y tiempo, si el número de vectores de ponderación del haz de recepción es igual a 1, las etapas de elección del vector de ponderación de recepción y de combinación de los vectores de ponderación de recepción no se implementará, independientemente de si la señal de control indica diversidad de transmisión o no.lo indica.