ES2277287T3 - Procedimiento para la sincronizacion de un sistema de comunicaciones por radio dividido en celulas de radio, asi como una estacion de base y estacion movil en un sistema como el indicado. - Google Patents

Procedimiento para la sincronizacion de un sistema de comunicaciones por radio dividido en celulas de radio, asi como una estacion de base y estacion movil en un sistema como el indicado. Download PDF

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Abstract

Procedimiento para la sincronización de un sistema de comunicaciones por radio dividido en células de radio, - en el que mediante procedimientos de acceso múltiple se transmiten datos, - en el que cada célula de radio dispone de una estación de base para la alimentación por radio de varias estaciones móviles asignadas a la célula de radio, caracterizado porque - una estación de base determina al menos una señal piloto y la comunica a las estaciones móviles asignadas en una dirección descendente, - las estaciones móviles asignadas transmiten la señal piloto comunicada en una dirección ascendente a la estación de base, - la estación de base recibe tanto señales piloto de las estaciones móviles a ella asignadas como también señales piloto de estaciones móviles de células de radio contiguas y a partir de las señales piloto recibidas determina un valor de sincronización para una sincronización en tiempo y/o para una sincronización de frecuencia, sobre la que se sincroniza la estación de base.

Description

Procedimiento para la sincronización de un sistema de comunicaciones por radio dividido en células de radio, así como una estación de base y estación móvil en un sistema como el indicado.

La invención se refiere a un procedimiento para la sincronización de un sistema de comunicaciones por radio dividido en células de radio según el concepto general de la reivindicación 1, así como a una estación de base, una estación móvil y un sistema de comunicaciones por radio en un sistema como el indicado.

Los sistemas celulares de comunicaciones por radio, en particular sistemas de telefonía móvil, se dividen en sistemas de comunicaciones por radio sincronizados y no sincronizados.

En los primeros están sincronizadas las estaciones de base de células de radio contiguas entre sí en el tiempo y/o en cuanto a las frecuencias portadoras. Para la sincronización, en particular para la sincronización en el tiempo, se utilizan por ejemplo por parte de las estaciones de base receptores GPS, o bien se sincronizan las estaciones de base una sobre otra mediante señales de sincronización costosas de intercambiar. En la transmisión de señales de sincronización se ocupan a su vez recursos de transmisión por radio, que de esta manera ya no están disponibles para una transmisión de datos útiles para el abonado sometida a tarifas (Payload).

En sistemas de comunicaciones por radio no sincronizados las estaciones de base de células de radio contiguas no están sincronizadas entre sí.

En particular en redes de telefonía móvil ganan en importancia los procedimientos de sincronización cuando para la transmisión de datos se emplean las técnicas de transmisión llamadas "Orthogonal Frequency Division Multiplexing", múltiplexado con división de frecuencias ortogonal, abreviadamente técnicas de transmisión OFDM. Con ayuda de transmisiones de datos OFDM pueden transmitirse servicios que exigen elevadas velocidades de datos, en particular transmisiones de video, de manera económica. Una transmisión de datos OFDM se realiza mediante las llamadas subportadoras (Subcarrier), que se forman dividiendo una anchura de banda disponible. Puesto que estas subportadoras se utilizan de manera especialmente ventajosa varias veces en células contiguas, han de tenerse en cuenta en la planificación y servicio las perturbaciones de igual canal (interferencias "Cochannel") que se presentan.

Para una asignación de los recursos de transmisión por radio (Radio-Ressource-Management, RRM) optimizada en cuanto a una transmisión de datos, es necesaria una sincronización exacta de frecuencias y/o tiempos, en función del procedimiento de transmisión por radio utilizado en cada caso. Puesto que ambos procedimientos de sincronización citados a modo de ejemplo se basan en señales de estación móvil recibidas, dependen en gran medida en cuanto a la precisión tanto de la calidad como también de la cantidad de señales de estación móvil recibidas.

Es por lo tanto tarea de la presente invención indicar para un sistema de comunicaciones por radio constituido celularmente, en particular para un sistema de telefonía móvil con transmisión de datos OFDM, un procedimiento de sincronización con un bajo coste.

La tarea de la invención se resuelve mediante las particularidades de la reivindicación 1. Ventajosos perfeccionamientos se indican en las reivindicaciones dependientes.

Mediante el procedimiento correspondiente a la invención se realiza en un sistema celular de comunicaciones por radio, con medios sencillos, una sincronización en cuanto a tiempo y/o frecuencia con ayuda de señales piloto.

Aquí se renuncia para la sincronización en particular a la utilización de receptores GPS costosos y se renuncia a una transmisión de informaciones adicionales de señalización para la sincronización que hasta ahora tenían que ser intercambiadas entre estación de base y estación móvil en una capa de protocolo más elevada.

La sincronización correspondiente a la invención se realiza de manera autónoma y solamente mediante el procesamiento de la señal en el lado receptor y regulación posterior de un estado de sincronización de las estaciones de base o bien de las estaciones móviles.

Mediante la utilización correspondiente a la invención de señales piloto, se realiza por ejemplo dentro de cada célula de radio una superposición de señales piloto, que da lugar en una estación de base considerada, ventajosamente, a una elevada relación señal-ruido de la señal piloto. Una evaluación en el lado receptor de las señales piloto para fines de sincronización se realiza así incluso con condiciones de recepción desfavorables.

Mediante el procedimiento correspondiente a la invención se logra en una estación de base considerada, ventajosamente, una superposición de señales piloto con una elevada relación señal-ruido, con la que se realiza una evaluación en el lado receptor de la señales piloto para fines de sincronización incluso con condiciones de recepción desfavorables.

En el procedimiento correspondiente a la invención no se necesita, debido a la estructura de señales piloto propuesta y a la elección de la señal piloto que se realiza en particular de manera aleatoria, ningún equipo central de control para adjudicar las correspondientes señales piloto.

Mediante la elección y asignación de señales piloto correspondiente a la invención, que por ejemplo se realiza de manera específica para cada célula de radio y dado el caso mediante elección aleatoria, es posible una ponderación en función de la célula de radio de las señales recibidas de la estación móvil o bien señales recibidas de la estación de base. Al calcular el valor de sincronización para la sincronización de frecuencias y/o de tiempo a realizar, es posible así una estimación del valor de la sincronización ponderada en relación con las células de radio, en la que también se tengan en cuenta señales recibidas débilmente de la estación móvil o estación de base.

A continuación se describirá la invención en base al dibujo más en detalle. Al respecto muestran:

Figura 1 el procedimiento de sincronización correspondiente a la invención en un sistema de comunicaciones por radio constituido celularmente,

figura 2 una situación de recepción de subportadora de señales piloto en una estación de base representada en la figura 1,

figura 3 un marco con cuya ayuda se transmiten tanto datos útiles como también señales piloto, referido a las figuras 1 y 2,

figura 4 una superposición de señales de estación móvil de una célula de radio común en una estación de base, y

figura 5 una superposición de señales de estación móvil de células de radio contiguas en una estación de base.

La figura 1 muestra el procedimiento de sincronización correspondiente a la invención en un sistema de comunicaciones por radio constituido celularmente.

Se considera, en representación de otros sistemas de telefonía móvil, un sistema de comunicación por radio celular, en el que una transmisión de datos mediante una técnica de transmisión OFDM se realiza de tal manera que la transmisión del datos tiene lugar mediante una estructura de marcos basada en ranuras de tiempo y un acceso múltiple de distintos abonados en la gama de frecuencias (Frequency Division Multiple Access, acceso múltiple con división de frecuencias, FDMA).

Una anchura de banda disponible se divide en las llamadas subportadoras, transmitiendo los distintos abonados, por ranuras de tiempo, sobre distintas subportadoras.

Las estaciones de base de células radio contiguas utilizan conjuntamente una base existente de recursos de transmisión por radio, que se forma mediante ranuras de tiempo de las subportadoras. Las células de radio contiguas presentan así un factor de repetición de frecuencias de uno respecto a las subportadoras.

Tres células de radio contiguas FZ1 a FZ3 presentan respectivas estaciones de base BTS1 a BTS3. Cada una de las estaciones de base BTS1 a BTS3 alimenta una cierta cantidad de estaciones móviles MT11 a MT33 asignadas a la correspondiente célula de radio FZ1 a FZ3. Al respecto están asignadas para la alimentación por radio a una primera estación de base BTS1 en total cuatro estaciones móviles MT11 a MT14, a una segunda estación de base BTS2 en total cinco estaciones móviles MT21 a MT25 y a una tercera estación de base BTS3 en total tres estaciones móviles MT31 a MT33 para la alimentación por radio.

En representación de todas las demás consideradas, elige en el marco de la invención la primera estación de base BTS1, en base a la transmisión de datos OFDM, de las subportadoras disponibles, dos subportadoras de señal piloto TS11 y TS12, para la transmisión de señales piloto. La primera estación de base BTS1 comunica a las estaciones móviles asociadas MT11 a MT14, por ejemplo mediante señalización directa, las subportadoras de señal piloto elegidas TS11 y TS12.

Estas subportadoras de señal piloto elegidas TS11 y TS12 se utilizan en paralelo con otras subportadoras que están asignadas a una transmisión de datos útiles, para la transmisión de un marco de datos a enviar en una dirección descendente (Dowlink).

Contrariamente a la señalización directa de las subportadoras de señal piloto utilizadas, es posible también una utilización de tablas dispuestas en el lado emisor y en el lado receptor, en las que están archivados en cada caso pares de subportadoras de señal piloto a utilizar. En este caso se comunica mediante la estación de base el correspondiente par de subportadoras remitiendo a una inscripción en las tablas de las estaciones móviles asignadas.

Una elección aleatoria de pares de subportadoras de señal piloto puede realizarse también con ayuda de un patrón de salto para una cantidad fijada de subportadoras de señal piloto. Entonces se comunica a las estaciones móviles asignadas por ejemplo el patrón de salto.

Por parte de las estaciones móviles MT11 a MT14, se utilizan las subportadoras de señal piloto TS11, TS12 señalizadas igualmente para una transmisión de señal piloto en una dirección ascendente (Uplink) a la primera estación de base BTS1.

Ventajosamente se realiza aleatoriamente la elección de la subportadora de señal piloto realizada por parte de la estación de base BTS1 y se realiza alternativamente por marcos, con lo que cambian por marcos las subportadoras de señal piloto tanto en dirección ascendente (Uplink) como también en dirección descendente (Downlink).

Lo mismo rige para la segunda estación de base BTS2 y para la tercera estación de base BTS3 de las células de radio contiguas FZ2 y FZ3. La segunda estación de base BTS2 elige por ejemplo dos subportadoras de señal piloto TS21 y TS22, que la misma señaliza en dirección descendente a las estaciones móviles MT21 a MT25 asignadas, mientras la tercera estación BTS3 elige por ejemplo dos subportadoras de señal piloto TS31 y TS32 y las señaliza correspondientemente a las estaciones móviles MT31 a MT33 a ella asignadas.

Las estaciones móviles MT21 a MT25 utilizan por su lado las subportadoras de señal piloto TS21 y TS22 asignadas a las mismas para una transmisión de señal piloto en dirección ascendente a la segunda estación de base BTS2, mientras que las estaciones móviles MT31 a MT33 utilizan las subportadoras de señal piloto TS31 y TS32 asignadas a las mismas para una transmisión de señal piloto en dirección ascendente hacia la tercera estación de base BTS3.

En representación de las células contiguas de radio FZ2, FZ3, se describirá más en detalle en base a la primera célula de radio FZ1 la sincronización correspondiente a la invención. Al respecto, ha de entenderse aquí bajo sincronización una sincronización en el tiempo de ranuras de tiempo y/o una sincronización de frecuencias de subportadoras utilizadas.

La primera estación de base BTS1 de la primera célula de radio FZ1 reciben en dirección ascendente (Uplink) UL, además de las señales piloto TS11, TS12 de las estaciones móviles MT11 a MT14 a ella asignadas, adicionalmente por ejemplo las señales piloto TS21, TS22, TS31, TS32 de las estaciones móviles MT21, MT22, MT31 y MT32 de las células de radio contiguas FZ2 y FZ3. La primera estación de base BTS1 determina, basándose en las señales piloto recibidas TS11, TS12, TS21, TS22, TS31 y TS32, una primera desviación en el tiempo y/o una primera desviación de la frecuencia y deduce a partir estos valores un valor de sincronización adecuado para la sincronización en el tiempo y/o para la sincronización en frecuencia sobre la o las que se sincroniza la primera estación de base BTS1.

Considerada como representación de todas las estaciones móviles, recibe en dirección descendente una tercera estación móvil MT13 de la primera célula de radio FZ1, además de señales piloto TS11, TS12 de la estación de base BTS1 de la célula de radio propia FZ1, también señales piloto TS21, TS22, TS31 y TS32 de las estaciones de base contiguas BTS2 y BTS3 de las células de radio FZ2 y FZ3. La tercera estación móvil M13 determina ahora, basándose en las señales piloto recibidas TS11, TS12, TS21, TS22, TS31 y TS32, una segunda desviación en el tiempo y/o una segunda desviación de frecuencia y deriva a partir de estos valores un valor de sincronización adecuado para la sincronización en tiempo y/o frecuencia, sobre la o las que sincroniza la estación móvil MT13.

Esta sincronización correspondiente a la invención se repite por marcos, con lo que en promedio en el tiempo resulta una sincronización en el tiempo y/o de frecuencia exacta y autoorganizada.

La figura 2 muestra con referencia la figura 1 una situación de recepción de subportadoras de señal piloto en la primera estación de base BTS1. Allí se representan en el eje horizontal frecuencias subportadoras f y en el eje vertical símbolos SYMB.

La primera estación de base BTS1 recibe tanto las subportadoras de señal piloto TS11 y TS12 de las estaciones móviles MT11 a MT14, asignables a la primera célula de radio FZ1, como también las subportadoras de señal piloto TS21 y TS22 de las estaciones móviles MT21 y MT22 asignables a la segunda célula FZ2 y las subportadoras de señal piloto TS31 y TS32 de las estaciones móviles MT31 y MT32 asignables a la tercera célula de radio FZ3.

Durante la transmisión de señales piloto, no transmiten las demás subportadoras disponibles ningún símbolo SYMB aquí representado como marcas con forma circular sobre el eje horizontal.

Los pares de subportadoras TS11 y TS12, TS21 y TS22, TS31 y TS32, se separan mediante una banda de subportadoras no utilizada GB, mediante la cual mientras dura la señal piloto se evitan perturbaciones de las portadoras intermedias (Inter-Carrier-Interference, ICI).

La figura 3 muestra un marco Fr con cuya ayuda se transmiten tanto datos útiles Data como también señales pilo Test, con referencia a las figuras fig.1, fig. 2.

Al respecto, se representan en el eje vertical las subportadoras disponibles sub, mientras que en el eje horizontal se representa una evolución en el tiempo del marco Fr.

El marco presenta un primer bloque Data utilizado para la transmisión de datos útiles, realizándose la transmisión de datos útiles con ayuda de una transmisión de datos OFDM no descrita aquí más en detalle. Al final del primer bloque Data sigue un segundo bloque Test, que se utiliza para la transmisión de señales piloto.

En una forma constructiva preferente, se eligen por cada estación de base en cada caso dos subportadoras inmediatamente contiguas TS11 y TS12 o bien TS21 y TS22 o bien TS31 y TS32 como subportadoras de señal piloto. En base a dos subportadoras de señal piloto contiguas, que transmiten en cada caso los mismos símbolos, se determina una desviación en tiempo, por ejemplo de la primera estación de base BTS1 hacia las estaciones móviles MT11 a MT14, MT21, MT22, MT31, MT32 mediante estimación.

Para determinar un valor de sincronización de frecuencia para una sincronización de frecuencia, se utilizan al menos dos símbolos sucesivos SYM1 y SYM2 o bien SYM2 y SYM3 de las subportadoras de señal piloto TS11 y TS12 ó TS21 y TS22 o TS31 y TS32. Cuando se utilizan tres símbolos SYM1 a SYM3, mejora en cuanto a precisión la estimación a realizar para formar el valor de sincronización de frecuencia, ya que así se evitan las llamadas perturbaciones intersímbolos (interferencias intersímbolos, ISI) durante la evaluación para la sincronización.

Las subportadoras de señal piloto TS11 y TS12 o bien TS21 y TS22 o bien TS31 y TS32 de una célula de radio, están idealmente directamente contiguas, pero también es posible aquí una distancia entre ambas subportadoras de señal piloto TS11 y TS12 o bien entre ambas subportadoras de señal piloto TS21 y TS22 o bien entre ambas subportadoras de señal piloto TS31 y TS32. Esta distancia ha de elegirse entonces tal que las distintas subportadoras de señal piloto estén alejadas entre sí en función de una desviación mínima de fase que puede predeterminarse.

La figura 4 muestra en un detalle una superposición de señales de estación móvil de las estaciones móviles MT11 a MT12 de la célula de radio común FZ1 en la estación de base BTS1. Al respecto, se muestran en cada caso en el eje vertical una potencia de emisión TX Power y sobre el eje horizontal una evolución en el tiempo Time de un marco, mientras un tercer eje sirve para caracterizar las frecuencias subportadoras Frequency.

Las tres estaciones móviles MT11 a MT13 utilizan en dirección ascendente (Uplink) en cada caso simultáneamente subportadoras de señal piloto constituidas iguales testsub dentro de una zona Test.

En una zona Data tiene lugar por el contrario la correspondiente transmisión de datos útiles de la correspondiente estación móvil MT11 a MT13 con ayuda de subportadoras datasub.

En la estación de base BTS1 se realiza una superposición aditiva de las señales de estación móvil enviadas por las estaciones móviles MT11 a MT13, lográndose dentro de la zona Test una clara elevación del nivel de señal, sin que para este fin sea necesario un aumento de la potencia de emisión por parte de las estaciones móviles MT11 a MT13.

Resumiendo, se emiten símbolos unificados de las subportadoras de señal piloto testsub simultáneamente dentro de una célula de radio por parte de todas las estaciones móviles MT11 a MT13, con lo que se logra un aumento del nivel de señal de la señal sumatoria en la estación de base considerada BTS1. Idealmente se utiliza una máxima distancia entre frecuencias entre los pares de subportadoras utilizados para la transmisión de la señal piloto. En un perfeccionamiento ventajoso, se transmite una señal piloto continua en cuanto a fase.

En representación de las estaciones móviles MT11 a MT13 y para la estación de base BTS1, está inscrito en la estación móvil MT12 un símbolo OFDM symb y una subportadora OFDM sub.

La figura 5 muestra en un detalle una superposición de señales de estación móvil de células de radio contiguas FZ1 a FZ3 en una estación de base receptora BTS1.

Al respecto se representa en cada caso en el eje vertical una potencia de emisión TX power y sobre el eje horizontal la evolución en el tiempo Time de un marco, mientras un tercer eje sirve para caracterizar las frecuencias subportadoras Frequency.

En la zona Data se realiza a su vez en cada caso una transmisión de datos útiles, mientras en la zona Test tiene lugar de nuevo una transmisión de señales piloto con las correspondientes subportadoras de señal piloto.

La señales de estación móvil de las tres células de radio FZ1 a FZ3 se superponen aditivamente con un par de subportadoras de señal piloto asignadas en cada caso TS11 y TS12, TS21 y TS22, así como TS31 y TS32 en la estación de base BTS1.

Cada par de subportadoras recibido TS11 y TS12, TS21 y TS22, así como TS31 y TS32, puede asignarse a una célula de radio FZ1 a FZ3. De esta manera pueden determinarse individualmente en cada estación de base las desviaciones de tiempo y de frecuencias que se presentan en células de radio contiguas.

Claims (19)

1. Procedimiento para la sincronización de un sistema de comunicaciones por radio dividido en células de radio,
-
en el que mediante procedimientos de acceso múltiple se transmiten datos,
-
en el que cada célula de radio dispone de una estación de base para la alimentación por radio de varias estaciones móviles asignadas a la célula de radio,
caracterizado porque
-
una estación de base determina al menos una señal piloto y la comunica a las estaciones móviles asignadas en una dirección descendente,
-
las estaciones móviles asignadas transmiten la señal piloto comunicada en una dirección ascendente a la estación de base,
-
la estación de base recibe tanto señales piloto de las estaciones móviles a ella asignadas como también señales piloto de estaciones móviles de células de radio contiguas y a partir de las señales piloto recibidas determina un valor de sincronización para una sincronización en tiempo y/o para una sincronización de frecuencia, sobre la que se sincroniza la estación de base.
2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque
-
una estación móvil recibe, además de la señal piloto de la estación de base de la célula de radio propia, también señales piloto de estaciones de base de células de radio contiguas y
-
la estación móvil determina a partir de las señales piloto recibidas un valor de sincronización para una sincronización en el tiempo y/o para una sincronización de frecuencia, sobre la que se sincroniza la estación móvil.
3. Procedimiento según la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque la señal piloto es elegida aleatoriamente por la estación de base y/o porque la señal piloto se transmite por parte de las estaciones móviles de una célula de radio en dirección ascendente tal que dentro de la célula de radio se realiza una sobreelevación del nivel de la señal piloto.
4. Procedimiento según las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque para la transmisión de datos se utiliza un procedimiento de acceso múltiple de ranura de tiempo y/o un procedimiento de acceso múltiple de frecuencia.
5. Procedimiento según la reivindicación 4, caracterizado porque en el procedimiento de acceso múltiple de ranura de tiempo con transmisión de datos por marcos, se elige la señal piloto por marcos alternativamente.
6. Procedimiento según la reivindicación 4 ó 5, caracterizado porque en el procedimiento de acceso múltiple de ranura de tiempo con transmisión de datos por marcos la señal piloto se transmite al final del marco.
7. Procedimiento según una de las reivindicaciones 4 a 6, caracterizado porque para la transmisión de la señal piloto se utilizan las mismas ranuras de tiempo y/o las mismas frecuencias.
8. Procedimiento según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque para la transmisión de datos se utiliza un procedimiento de transmisión de datos OFDM y porque se utilizan al menos dos subportadoras de señal piloto para la transmisión de la señal piloto.
9. Procedimiento según la reivindicación 8, caracterizado porque cuando se utiliza un procedimiento de acceso múltiple de ranura de tiempo con transmisión de datos por marcos, las subportadoras de la señal piloto se eligen alternativamente por marcos.
10. Procedimiento según la reivindicación 8 ó 9, caracterizado porque cuando se utiliza un procedimiento de acceso múltiple de ranura de tiempo con transmisión de datos por marcos, la transmisión de la señal piloto se realiza al final del marco.
11. Procedimiento según la reivindicación 9 ó 10, caracterizado porque la subportadoras de la señal piloto son elegidas por la estación de base de tal manera que son inmediatamente contiguas.
12. Procedimiento según una de las reivindicaciones 9 a 11, caracterizado porque la señal piloto está formada por al menos dos símbolos sucesivos y los símbolos sucesivos son transmitidos por la subportadora de la señal piloto.
13. Procedimiento según la reivindicación 12, caracterizado porque durante la transmisión de la señal piloto no transmiten ningún otro símbolo las otras subportadoras disponibles.
14. Procedimiento según la reivindicación 12 ó 13, caracterizado porque
-
basándose en una rotación de fase calculada entre símbolos recibidos de distintas subportadoras de señal piloto, se determina una desviación de tiempo y/o
-
porque basándose en una rotación de fase calculada entre símbolos sucesivos de una subportadora de señal piloto, se determina una desviación de frecuencia.
15. Procedimiento según la de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque la transmisión de datos se realiza mediante el estándar de transmisión por radio TDD o mediante el estándar de transmisión por radio FDD.
16. Estación de base, caracterizada por elementos para realizar el procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 15.
17. Estación móvil, caracterizada por elementos para realizar el procedimiento según una de las reivindicaciones 2 a 15.
18. Sistema de comunicaciones por radio, caracterizado por al menos una estación de base según la reivindicación 16.
19. Sistema de comunicaciones por radio, caracterizado por al menos un estación móvil según la reivindicación 17.
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