ES2328992T3 - Procedimiento de sincronizacion de una red de estaciones base. - Google Patents

Abstract

Un sistema de telecomunicaciones que comprende: una primera unidad transmisora (20) para transmitir primeras señales a al menos una estación; una segunda unidad transmisora (21) para transmitir segundas señales a al menos una estación; una unidad receptora asociada a la primera unidad transmisora (20) para recibir las segundas señales, estando la unidad receptora dispuesta para determinar una diferencia de temporización de dichas señales primeras y segundas; caracterizado porque el sistema comprende adicionalmente: una unidad de sincronización acoplada con la unidad receptora, estando la unidad de sincronización dispuesta para calcular una diferencia de temporización entre al menos una de las señales primeras y segundas y un reloj de referencia, en respuesta a la determinación de la diferencia de temporización de las señales primeras y segundas, y para generar una señal de control a al menos uno de los transmisores primero y segundo, para aumentar la sincronización de las señales primeras y segundas; en donde la unidad de sincronización está dispuesta para generar la señal de control si la corrección requerida para la sincronización entre las señales primeras y segundas supera un cierto umbral.

Description

Procedimiento de sincronización de una red de estaciones base.

Campo de la invención

Esta invención se refiere a la sincronización de una red y a un procedimiento para sincronizar una red, al menos con cierto nivel de precisión. La red podría ser una red de telecomunicaciones inalámbricas, tal como una red de comunicaciones celulares.

La Figura 1 muestra esquemáticamente la configuración de una típica red de telecomunicaciones celulares inalámbricas. La red comprende un cierto número de estaciones base (EB) 1, 2, 3, etc. Cada estación base tiene un transceptor de radio capaz de transmitir señales de radio a, y recibir señales de radio desde, el área de una célula asociada 4, 5, 6. Por medio de estas señales, la estación base puede comunicarse con un terminal 9, que puede ser una estación móvil (EM) en la célula asociada. Ese mismo terminal incluye un transceptor de radio. Cada estación base está conectada, mediante un controlador de estación base (CEB) 7 a un centro de conmutación móvil (CCM) 8, que está enlazado a su vez con la red de telefonía pública (RTPC) 10. Por medio de este sistema, un usuario de la estación móvil 9 puede establecer una llamada telefónica a la red pública 10 mediante la estación base en cuya célula está situada la estación móvil. La ubicación del terminal 9 podría ser fija (por ejemplo, si está proporcionando comunicaciones de radio para un edificio fijo), o bien el terminal podría ser móvil (por ejemplo, si es un transceptor portátil de mano o "teléfono móvil"). Cuando una estación móvil se desplaza desde una célula a otra, conmuta generalmente entre la comunicación con la estación base de la primera célula y la comunicación con la estación base de la segunda célula. Ese proceso se conoce como traspaso o transferencia.

Ha sido apreciado por los inventores que, si las transmisiones de las estaciones base se sincronizan con precisión, entonces podrían aparecer un cierto número de ventajas significativas en el funcionamiento del sistema. Por ejemplo:

Puede no haber necesidad de que una estación móvil gaste tiempo y consuma energía en sincronizarse con una nueva estación base durante el traspaso. De esta manera, los traspasos podrían ser más rápidos y más eficientes.

Puede haber menos interferencia en el sistema si las ráfagas de transmisión desde una estación base pudieran disponerse de forma tal que no coincidieran (o coincidieran sólo de una manera preferida) con las de las estaciones base vecinas. Así, las prestaciones de radio y/o la capacidad de la red pueden mejorarse.

Sin embargo, las redes conocidas, especialmente las redes de TDMA (acceso múltiple por división del tiempo), tales como aquellas basadas en el estándar GSM (Sistema Global para las Comunicaciones Móviles), no están sincronizadas. Esto es porque ha sido difícil organizar que las redes se sincronicen con precisión. Una forma de permitir la sincronización sería dotar a cada estación base de un reloj muy preciso. Sin embargo, esto es caro. Otro camino sería proporcionar a cada estación base un receptor individual que pueda recibir una señal temporal universal. Por ejemplo, si la ubicación de cada estación base se conoce con precisión, entonces la hora universal puede determinarse utilizando señales del GPS (Sistema de Localización Global). Sin embargo, esto también aumenta el coste, debido a la necesidad de proporcionar a cada estación base un receptor de GPS, y hace que las prestaciones del sistema dependan del sistema GPS, porque si el sistema GPS falla, entonces se pierde la sincronización precisa.

El documento "Autonomous Time Synchronization among radio ports in wireless personal communications" ["Sincronización temporal autónoma entre puertos de radio en las comunicaciones personales inalámbricas"], IEEE Transactions on vehicular technology [Transacciones del IEEE sobre tecnología vehicular], vol. 43, nº 1, 1 de febrero de 1994, páginas 27-32, de Chuang et al, describe un sistema en el cual cada puerto demodula señales recibidas desde otros puertos y lleva a cabo un procedimiento de ajuste de temporización. Esto requiere que cada i-ésimo puerto obtenga la diferencia de temporización con respecto a todos los otros n-1 puertos por separado. El puerto ajusta luego su propia temporización sobre la base de una suma ponderada de estas diferencias de temporización. El sistema converge después de aproximadamente 80 iteraciones. D1 también revela la aplicación de esta técnica, además de la sincronización con una referencia común.

El documento "Autonomous decentralization inter-base sinchronization for TDMA microcellular systems" ["Sincronización entre bases de descentralización autónoma para sistemas TDMA microcelulares"], 41ª conferencia de tecnología vehicular de IEEE de 1991, St. Louis, 19-22 de mayo, páginas 257-262, por Akaiwa et al, describe un sistema en el cual cada estación base mide las señales de otras estaciones base para medir los niveles de temporización y potencia. Los errores de temporización, que se definen como las diferencias en las temporizaciones entre otras estaciones base y la estación base que mide, se promedian con el nivel de potencia recibido como factores de ponderación. El resultado se utiliza para corregir la temporización de la estación base.

El documento "Network synchronization radio ports in wireless personal communications" ["Puertos de radio de sincronización de red en comunicaciones personales inalámbricas"], Electronic letters, vol. 28, nº 25, 3 de diciembre de 1992, páginas 2312-2314, por Ariyavisitakul et al, describe un sistema donde una oficina central preajusta la temporización de supertramas, de forma tal que los pulsos de la supertrama lleguen a todos los puertos de radio al mismo tiempo. Los puertos de radio sincronizan luego sus horas de transmisión y recepción por radio con los pulsos de supertrama. El ajuste de la temporización de supertramas es calculado por la oficina central sobre la base de los retardos de propagación de ida y vuelta entre la oficina central y los puertos de radio. En una implementación adicional D3 describe cómo la oficina central, en lugar de preajustar la temporización, pasa la información de desplazamiento temporal a los puertos de radio individuales para el ajuste efectivo.

El documento US 5.519.759 describe un sistema en el cual una estación base se sincroniza con la información de sincronización transmitida desde una estación base vecina. La sincronización es inicializada por cualquier estación base, y las estaciones base se sincronizan a continuación con la información de sincronización transmitida por la estación base anterior. La resincronización se implementa a continuación en una secuencia de relaciones de amo/esclavo, iniciándose la sincronización en la estación base con un mayor nivel medido de la señal.

Es un objetivo de las realizaciones de la presente invención proporcionar al menos alguna sincronización, sin tener las desventajas de las propuestas expuestas aquí anteriormente.

Según un aspecto de la presente invención, se proporciona una primera unidad transmisora para transmitir primeras señales a al menos una estación; una segunda unidad transmisora para transmitir segundas señales a al menos una estación; una unidad receptora asociada a la primera unidad transmisora para recibir las segundas señales, estando la unidad receptora dispuesta para determinar una diferencia de temporización de dichas señales primeras y segundas; caracterizado porque el sistema comprende adicionalmente: una unidad de sincronización acoplada con la unidad receptora, estando la unidad de sincronización dispuesta para calcular una diferencia de temporización entre al menos una entre las señales primeras y segundas, y un reloj de referencia, en respuesta a la determinación de la diferencia de temporización de las señales primeras y segundas, y para generar una señal de control hacia al menos uno de los transmisores primero y segundo, para aumentar la sincronización de las señales primeras y segundas; en donde la unidad de sincronización está dispuesta para generar la señal de control si la corrección requerida para la sincronización entre las señales primeras y segundas supera un cierto umbral.

De esta manera, puede proporcionarse un sistema que permite lograr la sincronización de forma relativamente simple y barata.

Preferiblemente, la unidad receptora está dispuesta para determinar la diferencia entre la temporización de la primera unidad transmisora y la segunda unidad transmisora. Preferiblemente, la unidad de sincronización está dispuesta para ajustar dicha diferencia de temporización, para tener en cuenta las posiciones relativas de dichas unidades transmisoras.

La unidad receptora puede disponerse para calcular una diferencia media entre la temporización de la primera unidad transmisora y la segunda unidad transmisora.

Preferiblemente, la unidad receptora está dispuesta para transmitir la diferencia a dicha unidad de sincronización.

Las unidades transmisoras primera y segunda pueden disponerse para sincronizarse dentro de un límite de 5 \mus. Sin embargo, esto dependerá del sistema.

La unidad de sincronización puede disponerse para sincronizar dichos transmisores primero y segundo con un reloj de referencia. El reloj de referencia puede estar provisto por dicha unidad de sincronización, una señal de reloj de una de dichas unidades transmisoras primera y segunda, o bien por el promedio de las señales de reloj de dichas unidades transmisoras primera y segunda. La unidad de sincronización puede disponerse para generar dicha señal de control si la temporización de dichos transmisores primero y segundo difiere en al menos una magnitud predeterminada. La segunda unidad transmisora también puede tener una unidad receptora asociada a la misma para recibir dichas primeras señales, estando dicha unidad receptora acoplada también con dicha unidad de sincronización. Esta unidad receptora puede ser la misma que la asociada a la primera unidad transmisora.

La unidad de sincronización puede disponerse para promediar la diferencia entre la temporización de las unidades transmisoras primera y segunda, proporcionada por las unidades receptoras asociadas, respectivamente, a las unidades transmisoras primera y segunda. Esto puede ser un promedio ponderado donde se da más importancia a una temporización que a otra, o un promedio en el cual ambas temporizaciones reciben igual peso.

Preferiblemente, el sistema comprende una tercera unidad transmisora y una unidad receptora adicional asociada a la misma, donde cada una de las tres unidades receptoras determina la diferencia de las señales de temporización entre la unidad transmisora a la cual está asociada la unidad receptora y cada una de las otras dos unidades transmisoras.

Preferiblemente, dicha unidad de sincronización se dispone para determinar la mínima diferencia temporal entre dos unidades transmisoras sobre la base de una comparación de la diferencia de temporización observada por la unidad receptora asociada a una de las dos unidades transmisoras entre dichas unidades transmisoras y la suma de: la diferencia observada por la unidad receptora asociada a dicha unidad transmisora entre dicha unidad transmisora y la tercera unidad transmisora; y la diferencia observada por la unidad receptora asociada a la tercera unidad transmisora entre la tercera unidad transmisora y la otra entre las dos unidades transmisoras. Es preferible que todas estas diferencias de temporización se ajusten para tener en cuenta las posiciones relativas de las respectivas unidades transmisoras.

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La unidad receptora, o al menos una de ellas, puede incorporarse en la unidad transmisora a la cual está asociada la unidad receptora. Alternativamente, la unidad receptora puede ser una entidad separada en la respectiva unidad transmisora, o quitarse de la misma.

Preferiblemente, las unidades transmisoras primera y segunda utilizan un procedimiento de acceso múltiple por división del tiempo, donde el tiempo se divide en una pluralidad de ranuras y dichas unidades transmisoras primera y segunda transmiten señales a distintas estaciones en distintas ranuras, estando dicha unidad de sincronización dispuesta para sincronizar esencialmente el comienzo de las ranuras temporales de las unidades transmisoras primera y segunda.

La frecuencia de dichas unidades transmisoras primera y segunda puede cambiar de una ranura temporal a otra. En otras palabras, puede emplearse el salto de frecuencia.

Pueden disponerse n ranuras temporales en una trama, y cada trama puede tener un número asociado. Las tramas con los mismos números de trama de dichas señales primeras y segundas pueden sincronizarse. Alternativamente, las tramas con los mismos números de trama de dichas señales primeras y segundas pueden solaparse en el tiempo, pero el comienzo de dichas tramas no coincide.

Pueden proporcionarse múltiples unidades transmisoras, estando dichas múltiples unidades transmisoras divididas en una pluralidad de grupos, comprendiendo cada grupo una pluralidad de unidades transmisoras que están esencialmente sincronizadas con las otras unidades transmisoras en dicho grupo, y la pluralidad de grupos no están sincronizadas entre sí.

Puede proporcionarse cualquier número adecuado de unidades transmisoras en cada grupo. Por ejemplo, cada grupo puede comprender tres o cuatro unidades transmisoras, sirviendo cada unidad transmisora a una única célula. Alternativamente, cada grupo comprende dos unidades transmisoras, sirviendo cada unidad transmisora a una pluralidad de células.

El sistema es una red de telecomunicaciones celulares inalámbricas, o cualquier otro tipo de sistema inalámbrico o sistema por cables. La red celular inalámbrica puede ser conforme al estándar GSM o a cualquier otro estándar adecuado. Al menos una de dichas unidades transmisoras puede ser una estación base transceptora o una unidad funcionalmente equivalente. Preferiblemente, la unidad de sincronización se incorpora en un controlador de estación base o una unidad funcionalmente equivalente.

Según un segundo aspecto de la presente invención, se proporciona un procedimiento para sincronizar un sistema de telecomunicaciones, que comprende: transmitir señales primeras a al menos una estación móvil desde una primera unidad transmisora; transmitir señales segundas a al menos una estación móvil desde una segunda unidad transmisora; recibir las señales segundas en dicha primera unidad transmisora, con la unidad receptora dispuesta para determinar una diferencia de temporización de dichas señales primeras y segundas; caracterizado por, en respuesta a la determinación de la diferencia de temporización de dichas señales primeras y segundas, calcular una diferencia de temporización entre al menos una de las señales primeras y segundas, y un reloj de referencia, y generar una señal de control a al menos una de las unidades transmisoras primera y segunda, a fin de aumentar la sincronización de las señales primeras y segundas; en donde la unidad de sincronización está dispuesta para generar la señal de control si la corrección requerida para la sincronización entre las señales primeras y segundas supera un cierto umbral.

Según un tercer aspecto de la presente invención, se proporciona una estación para su empleo en una red de telecomunicaciones que comprende: una unidad transmisora para transmitir señales primeras a al menos un terminal; una unidad receptora para recibir señales segundas desde una segunda unidad transmisora, que está dispuesta para transmitir señales segundas a al menos un terminal; estando dicha unidad receptora dispuesta para determinar una diferencia de temporización entre dichas unidades transmisoras primera y segunda; caracterizado porque la estación comprende adicionalmente: una unidad de control de temporización para controlar la temporización de dichas señales primeras, siendo dicha unidad de control controlable para reducir la diferencia de temporización entre dichas unidades transmisoras primera y segunda, en respuesta a una señal de control recibida desde una unidad de sincronización, estando la unidad de sincronización dispuesta para calcular una diferencia de temporización entre al menos una de las señales primeras y segundas, y un reloj de referencia, en respuesta a la determinación por la unidad receptora de la diferencia temporal de las señales primeras y segundas, y generar la señal de control; en donde la unidad de sincronización está dispuesta para generar la señal de control si la corrección requerida para la sincronización entre las señales primeras y segundas supera un cierto umbral.

Para una mejor comprensión de la presente invención, y de cómo la misma puede llevarse a cabo, se hará ahora referencia, a modo de ejemplo, a los dibujos adjuntos, en los cuales:

La Figura 1 muestra esquemáticamente la configuración de una típica red de telecomunicaciones celulares inalámbricas;

La Figura 2 ilustra las diferencias de temporización entre las estaciones base vecinas;

La Figura 3 ilustra un procedimiento de sincronización;

La Figura 4 ilustra la situación donde no hay una línea de visión directa entre las estaciones base primera y tercera, y hay una línea de visión entre las estaciones base primera y segunda, y entre la segunda y la tercera;

La Figura 5 ilustra la situación donde hay una trayectoria de línea recta entre una primera y una segunda estación base, pero no desde la segunda a la primera;

La Figura 6 ilustra dos grupos de estaciones base, donde los dos grupos no están sincronizados;

La Figura 7 ilustra en más detalle el procedimiento de sincronización de la Figura 3;

La Figura 8 ilustra una situación donde los números de trama de dos estaciones base no están sincronizados;

La Figura 9 ilustra una situación donde los números de trama de dos estaciones base están sincronizados;

La Figura 10 ilustra un primer sistema de sincronización parcial; y

La Figura 11 ilustra un segundo procedimiento de sincronización parcial.

Los ejemplos de las realizaciones de la invención que se describen aquí a continuación se refieren a implementaciones en sistemas de telecomunicaciones celulares inalámbricas, tales como el sistema GSM. Sin embargo, debe observarse que la presente invención puede implementarse en otras redes, por ejemplo, redes que utilizan enlaces fijos, tales como cables, en lugar de, o además de, las comunicaciones de radio, o redes de otros tipos básicos, tales como las redes de mensafonía o satelitales. Las realizaciones de la presente invención pueden utilizarse conjuntamente con otros tipos cualesquiera de procedimiento adecuado de acceso.

En esta descripción, el término "sincronización" se utiliza para referirse a una alineación de temporización total o parcial de las transmisiones. La alineación es, convenientemente, entre estaciones base vecinas, que podrían ser: estaciones base con áreas de cobertura vecinas, solapadas o contiguas; estaciones base en una cierta área; estaciones base cuyas áreas de cobertura se hallan total o parcialmente en una cierta área; o estaciones base que están bajo una supervisión o control común (p. ej., por un único controlador de estación base o centro de conmutación móvil). En otros tipos de redes, especialmente aquellas que no tienen ranuras temporales definidas, la sincronización podría ser, total o parcialmente, a un nivel adecuado de ranura no temporal.

Debería observarse que, debido a los retardos de propagación, una red típica (o una parte de ella), generalmente, puede sincronizarse totalmente sólo con respecto a las señales recibidas para una ubicación dada en la red. Por lo tanto, puede ser más adecuado considerar la sincronización de las señales según se transmiten. Sin embargo, si (por ejemplo, en una red celular) las transmisiones de estaciones base en las sedes de estaciones base son síncronas, entonces el retardo de propagación de las señales de radio desde las estaciones base ocasionará que las transmisiones desde distintas estaciones base pierdan la alineación. Esto es una función de la posición de la estación móvil y de las distintas trayectorias de propagación a cada estación base distinta.

La presente realización ejemplar de un procedimiento de sincronización se basa en la medición de la diferencia entre la temporización de una estación base (p. ej., con origen en el reloj interno de la estación base) y la temporización de una estación base cercana, según lo determinado por la recepción de esas transmisiones. Esto se ilustra en la Figura 2. La Figura 2 ilustra fases de reloj relativas, efectivas y observadas, exageradas según se expone más adelante. La Figura 2 ilustra dos estaciones base 20, 21. Cada estación base tiene un reloj que se utiliza para determinar cuándo la respectiva estación base debería transmitir sus señales. Sea \DeltaT_{ETB} la fase relativa efectiva entre los dos relojes (también conocida como la Diferencia de Tiempo Real DTR). La causa específica de la no alineación de los relojes (es decir, el origen de \DeltaT_{ETB}) no es relevante para la presente invención. Sin embargo, debería observarse que \DeltaT_{ETB} incluye los retardos de fase variable que ocurren por todo el equipo de transmisión entre un reloj de referencia de la red y la respectiva estación base. Sea \DeltaT_{obs} la fase relativa observada entre una señal recibida desde otra estación base y el reloj de la estación base receptora (también conocida como la Diferencia de Tiempo Observada DTO). \DeltaT_{obs} es mayor que \DeltaT_{ETB}, debido al retardo de propagación entre las estaciones base.

Si hay una línea de visión (LDV) directa, entonces el retardo \DeltaT_{LDV} de propagación es igual al tiempo para que una señal transmitida recorra la distancia geométrica directa entre las dos estaciones base, también conocido como Diferencia de Tiempo Geométrica DTG (DTG = tiempo para recorrer la distancia geométrica directa). Para trayectorias no en línea recta, hay un retardo de propagación adicional, definida como \DeltaT_{NLDV}, de forma tal que el retardo total de propagación es \DeltaT_{NLDV} + \DeltaT_{LDV} para una trayectoria no en línea recta. Así, tenemos la relación básica:

\Delta T_{obs} = \Delta T_{ETB} + \Delta T_{LDV} - \Delta T_{NLDV}

Esto se ilustra en la Figura 2. Observe que \DeltaT_{obs} y \DeltaT_{ETB} pueden ser bien positivos o negativos (porque el reloj distante puede estar bien adelantado o atrasado con respecto al reloj receptor). En un típico sistema TDMA tal como GSM, \DeltaT_{obs} y \DeltaT_{ETB} pueden considerarse dentro de más o menos medio periodo de ráfaga, ya que las fases sólo son significativas como medidas parciales dentro de un único ciclo. Por ejemplo, una fase de reloj relativa de cualquier número entero de periodos de ráfaga no tiene ninguna consecuencia. Por otra parte, los retardos \DeltaT_{LDV} y \DeltaT_{NLDV} de propagación son siempre positivos. Además, el retardo \DeltaT_{NLDV} de propagación no en línea recta, entre dos estaciones base cualesquiera, puede ser asimétrico (distinto en ambas direcciones), por ejemplo, si se utilizan antenas y potencias de salida distintas en las estaciones base.

El objetivo de la alineación de ranuras temporales es disponer que la desalineación \DeltaT_{ETB} de fase se aproxime a cero para dos estaciones base vecinas y, preferiblemente, para un grupo de estaciones base vecinas.

La precisión que se requiere para la sincronización, es decir, cuán estrechamente debería \DeltaT_{ETB} aproximarse al cero, a fin de proporcionar ventajas en un sistema específico, depende del diseño del mismo sistema. Por ejemplo, en un sistema GSM, una estación móvil se sincroniza con su estación base servidora con una resolución de al menos 1/4 de periodo de bit (es decir, alrededor de 0,9 \mus). Sin embargo, pueden obtenerse ventajas de la sincronización de la red con una precisión mucho menor. Según la especificación del GSM, con el fin de limitar la velocidad de aceleración o deceleración súbita de potencia para cada transmisión de ráfaga, la potencia de transmisión debe estar al menos -6dB, con respecto a la potencia nominal de transmisión, dentro de los primeros y últimos 7 \mus de cada ranura temporal. Además, 5 \mus es la resolución temporal significativa obtenida del ancho de banda de 200 kHz del GSM. Desde una perspectiva alternativa, el adelanto de temporización de las transmisiones por el enlace descendente de la estación móvil se define sólo con una resolución de 1 periodo de bit (es decir, alrededor de 3,7 \mus). Si se consideran microcélulas y sistemas de interiores, el adelanto de temporización en esta escala no tiene consecuencias, ya que 3,7 \mus corresponde a alrededor de 1 km. Estas consideraciones sugieren que un objetivo ventajoso de la precisión para la alineación de ranuras temporales en un sistema GSM podría ser 5 \mus o menos.

Una vez que un sistema está alineado a un nivel de ranura temporal, la numeración de ranuras temporales (números de trama) también puede sincronizarse, de forma tal que todas las estaciones base sincronizadas transmitan simultáneamente ráfagas con el mismo número de trama. Esto se describirá aquí en más detalle más adelante.

La Figura 3 ilustra un procedimiento de sincronización que realiza la presente invención. El procedimiento se basa en que cada estación base mide las fases de reloj relativas observadas de sus estaciones base vecinas y contiguas. Esto podría hacerse utilizando un receptor, tal como una estación móvil convencional, situada en, y enlazada con, una respectiva estación base, o utilizando un receptor más dedicado en cada estación base. El receptor dedicado puede integrarse en la estación transceptora base. El controlador de estación base procesa estos desplazamientos temporales y, con conocimiento de la ubicación geográfica de cada estación base (o al menos aquellas desde las cuales puede recibir señales), estima las fases \DeltaT_{ETB} de reloj relativas efectivas de esas estaciones base. Con esta información del controlador de estación base, cada estación base puede alterar su propio reloj para reducir el error debido a los retardos de propagación no en línea recta. Para lograr esto, la estación base retarda sus transmisiones según una corrección de fase de reloj calculada por el controlador de estación base.

Este procedimiento se describirá ahora en más detalle con respecto a la Figura 7. A fin de lograr la sincronización total de la red de esta manera, es necesario que cada estación base sea capaz bien de recibir señales desde al menos otra estación base, o bien de que sus propias señales sean recibidas por al menos otra estación base. Si esto no es posible, entonces el área operativa del controlador de estación base puede dividirse en varias subáreas sincronizadas.

La primera etapa es preprogramar el controlador de estación base con las ubicaciones geográficas de las estaciones base. Esta preprogramación sólo requiere efectuarse una vez. Las distancias entre estaciones base calculadas a partir de estas ubicaciones deberían ser adecuadamente precisas en al menos 100 m; esto corresponde a una precisión de 0,33 \mus para el retardo \DeltaT_{LDV} de propagación en línea recta. Actualmente, el centro OMS de operación y mantenimiento de una red GSM no necesita almacenar ubicaciones geográficas con esta precisión. Las ubicaciones de las estaciones base podrían determinarse a partir de datos de planificación de red o por otros medios.

Debería observarse que, como se describirá en más detalle más adelante, el conocimiento de las ubicaciones geográficas no es esencial para estaciones base que pueden recibir señales desde las otras estaciones base, pero, no obstante, es preferible.

La próxima etapa es que cada estación base debe tener la capacidad de recibir señales enviadas desde otras estaciones base a estaciones móviles, es decir, la capacidad de recibir en la dirección del enlace descendente, p. ej., en frecuencias del canal BCCH para una red GSM. El canal BCCH (canal de control de difusión) es empleado por la estación base para proporcionar a las estaciones móviles la identidad de la estación base e información perteneciente a la célula. Puede ser necesario añadir a las estaciones base el hardware necesario para lograr esto. Este hardware de medición se denominará una UGM (Unidad Genérica de Medición). Algunas de las maneras de dotar de una UGM a una estación base son las siguientes:

1. Una UGM individual, que está cerca de su estación base anfitriona, pero no físicamente conectada con ella. Esta UGM inalámbrica podría utilizar la funcionalidad incorporada de estación móvil también para comunicarse con la red (y específicamente con su estación base anfitriona) por un enlace de radio. Podría basarse en un terminal de Bucle Local Inalámbrico (BLI).

2. Una UGM individual que está conectada por cable con la estación base anfitriona.

3. Un módulo de expansión interno para una estación base.

4. Una unidad transmisora modificada para una estación base.

5. Una UGM totalmente integrada con la estación base.

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De éstas, una solución interna sería probablemente la más efectiva en términos de coste a largo plazo. Los cambios de hardware requeridos para modificar una unidad de transmisión son problemáticos, porque las señales recibidas desde otras estaciones base no caen en las propias ranuras temporales de la unidad de transmisión. (Las distintas secuencias de salto de frecuencia no son relevantes en un sistema GSM, ya que sólo las portadoras de BCCH tienen interés, a diferencia de las mediciones de la Hora de Llegada (TOA) para la ubicación de la estación móvil). Las opciones externas admiten un desarrollo rápido, la optimización de las condiciones en línea recta (ya que las ubicaciones de estaciones base no están usualmente optimizadas para la línea recta) y una distancia o apantallamiento suficiente desde la antena de la estación base, para proteger la UGM de sobrecargas por señales desde su propia estación base. Una UGM externa enlazada por radio (opción 1) sería relativamente compatible con las estaciones base existentes, sin muchos esfuerzos adicionales.

Las estaciones base también deben tener la capacidad de alterar sus temporizaciones para las transmisiones de radio. En la mayoría de los casos, esto podría hacerse con una modificación de software a las estaciones base existentes.

Para mayor simplicidad en las siguientes descripciones, se supondrá que la UGM es una parte integral de su estación base, o que puede considerarse como tal.

En la etapa S1 de la Figura 7, cada estación base ETB1 y ETB2 (dos estaciones base mostradas en la Figura 7, aunque el número total de estaciones base a sincronizar es N) mide las fases de reloj relativas observadas de las otras entre las N estaciones base. Para la medición de las fases \DeltaT_{obs} de reloj relativas observadas, cada estación base se presincroniza con otras estaciones base (de la misma manera en que lo hace una estación móvil cuando se presincroniza con las estaciones base adyacentes analizando la corrección de frecuencia y las ráfagas de sincronización en los sistemas GSM). La estación base mide entonces los desplazamientos temporales \DeltaT_{obs} de las señales recibidas con respecto a su propio reloj. (Una UGM inalámbrica podría obtener la señal de reloj de su estación base anfitriona sincronizándose también con la estación base anfitriona por la interfaz de radio. Su distancia hasta su estación base puede ser de hasta 100 m, por lo que, en entornos picocelulares, una UGM podría servir incluso a más de un anfitrión).

Una resolución temporal de 1/4 de periodo de bit (=0,9 \mus) para \DeltaT_{obs} y una precisión de 10^{-7} deberían ser alcanzables para cualquier estación móvil que siga las especificaciones del GSM. Esto también sería requisito suficiente para la estación base; sin embargo, es alcanzable una resolución mayor.

El controlador de estación base define qué estaciones base vecinas debería supervisar cada estación base. Esto puede cambiarse de tanto en tanto. En el ejemplo mostrado en la Figura 7, cada estación base supervisa a los otros N-1 miembros del grupo. Las señales recibidas desde las estaciones base pueden identificarse por su frecuencia de BCCH y el CIEB (Código de Identificación de Estación Base). La forma más sencilla para que el controlador de estación base determine cuáles estaciones base deberían ser supervisadas por cuáles otras es utilizar la lista de adyacencia celular; esto podría incluso ser utilizado por la misma estación base para determinar a qué vecinos supervisar. En una solución más sofisticada, el controlador de estación base también podría seleccionar vecinos de una manera que es especialmente adecuada para lograr la alineación de ranuras temporales. Si hay más estaciones base vecinas de las que una estación base es capaz de supervisar continuamente, entonces el controlador de estación base también podría cambiar estas definiciones de vecindad de tanto en tanto.

La estación base promedia, en la etapa S2, los desplazamientos temporales observados \DeltaT_{obs} para la estación base, o cada una de las estaciones base, por un periodo de tiempo, tal como un par de minutos, a fin de obtener un desplazamiento temporal observado estable. Las estaciones base envían entonces, en la etapa S3, todos estos desplazamientos temporales \DeltaT_{obs} promediados al controlador de estación base, informando preferiblemente con una resolución de al menos 1\mus. Esta resolución es suficientemente mayor que la resolución deseada, y es del orden de la resolución mínima de las mediciones de desplazamientos temporales observados de la estación base. Las mediciones de fase de reloj observadas se enviarán tan a menudo como se requiera, de forma adecuada según lo determinado por la inestabilidad de fase del reloj de la estación base, a fin de mantener la alineación de las transmisiones. Puede esperarse que esto esté en la gama entre alrededor de 15 minutos y un par de horas, para los relojes típicos. Como opción, el informe de las mediciones de fase de reloj puede hacerse bajo pedido desde el controlador de la estación base.

Para calcular las fases relativas \DeltaT_{ETB} de reloj efectivas, el controlador de estación base, en la etapa S4, construye una matriz M de todos los desplazamientos temporales observados, corregidos por el retardo \DeltaT_{LDV} de transmisión debido a la distancia geográfica en línea recta. Los elementos de esta matriz pueden escribirse como:

M_{1\leftarrow 2} = \Delta T_{obs} - \Delta T_{LDV}

(para la fase de reloj de la estación base 2 según lo observado para la estación base 1). M_{1\leftarrow 2} queda indefinido si la estación base 1 no ha proporcionado una medición para la estación base 2, bien porque no se le dijo que supervisara a la estación base 2, o bien porque no "ve" a la estación base 2. Los desplazamientos temporales M_{1\leftarrow 2} corregidos por línea recta difieren de las fases de reloj \DeltaT_{ETB} efectivas en los retardos \DeltaT_{NLDV} de propagación no en línea recta, ya que M_{1\leftarrow 2} = - \DeltaT_{ETB} + \DeltaT_{NLDV}, según la ecuación básica:

\Delta T_{obs} = \Delta T_{ETB} + \Delta T_{LDV} - \Delta T_{<ilegible>}

Afortunadamente, estos errores pueden reducirse, porque hay redundancia en la matriz M. Esta redundancia se debe al hecho de que hay distintas "trayectorias" a lo largo de las cuales las estaciones base pueden "verse" entre sí. Por ejemplo, la estación base 1 podría "ver" directamente a la estación base 3, pero también podría "ver" a la estación base 2, que, a su vez, "ve" a la estación 3, como se ilustra en la Figura 4.

Si hay una línea recta, entonces los desplazamientos temporales simplemente se suman, por ejemplo:

M_{1\leftarrow 3} = M_{1\leftarrow 2} + M_{2\leftarrow 3}

Como la pérdida de la línea directa sólo puede aumentar estos desplazamientos temporales (porque, como se ha descrito anteriormente, \DeltaT_{NLDV} > 0), el desplazamiento temporal M_{1\leftarrow 2} + M_{2\leftarrow 3} es una mejor estimación para el verdadero desplazamiento temporal entre la estación base 1 y la 3, si es menor que M_{1\leftarrow 3}. Esto ocurre, por ejemplo, si hay una línea recta entre la estación base 1 y la estación base 2, y entre las estaciones base 2 y 3, pero ninguna línea directa entre la estación base 1 y la 3 (véase la Figura 4).

En general, el principio es hallar los mínimos de los distintos desplazamientos temporales medidos a lo largo de distintas trayectorias entre dos estaciones base dadas. Para cada trío de estaciones base, donde la estación base 1 "ve" a la estación base 2 y la estación base 2 "ve" a la estación base 3, se sustituye M_{1\leftarrow 3} por M_{1\leftarrow 2} + M_{2\leftarrow 3}, bien si M_{1\leftarrow 3} está indefinido, o bien si M_{1\leftarrow 2} + M_{2\leftarrow 3} < M_{1\leftarrow 3}. Después de que todos los tales tríos estén procesados de esta manera, la minimización se repite de nuevo hasta que toda la matriz M converge (no cambia más con un pase del proceso de minimización). Los desplazamientos temporales producidos no pueden ser peores que los originales.

Los errores asimétricos no de línea directa no se tratan en el procedimiento de minimización precitado. Estos podrían ocurrir, por ejemplo, si la estación base 2 "ve" a la estación base 1 en línea directa, pero la inversa no es verdad (véase la Figura 5). La simetría M_{1\leftarrow 2} = M_{2\leftarrow 1} vale para la línea directa. La desigualdad debida a la ausencia de línea directa puede eliminarse tomando promedios. Para cada par de estaciones base donde tanto M_{1\leftarrow 2} como M_{2\leftarrow 1} están definidos, la fase \DeltaT_{ETB} de reloj real para la estación base 2 con respecto a la estación base 1 se estima como (M_{1\leftarrow 2} - M_{2\leftarrow 1})/2. Esto es un promedio con un error absoluto de no más de (M_{2} - M_{1\leftarrow 2})/2, que puede utilizarse para evaluar la precisión del proceso de sincronización. Si sólo uno de los desplazamientos temporales M_{1\leftarrow 2} y M_{2\leftarrow 1} está definido, se utiliza como una estimación de la fase \DeltaT_{ETB} de reloj relativa efectiva.

Pueden obtenerse estimaciones de errores adicionales analizando las propiedades estadísticas de las fases de reloj relativas observadas, según se informan repetidamente a lo largo del tiempo.

Puede esperarse que las fases \DeltaT_{ETB} de reloj relativas efectivas determinadas de esta manera satisfagan el requisito de precisión propuesto de 5 \mus, ya que la pérdida de precisión debida al error reducido no de línea directa, normalmente, debería ser menor que un factor de 5. En general, la precisión aumenta con el número de fases medidas de reloj relativas observadas.

Los algoritmos especificados anteriormente para reducir los errores debidos a la línea no directa pueden optimizarse adicionalmente para mayor eficiencia. Por ejemplo, los requisitos de tiempo de cálculo del algoritmo de minimización dado son del orden de N^{3}, siendo N el número de estaciones base operadas por el controlador de estación base, porque deben procesarse datos desde dos trayectorias que implican tres estaciones base. La relación entre N y el tiempo depende de los parámetros del ordenador. N^{3} significa que, por ejemplo, el doble de las estaciones base requerirían 8 veces más potencia de ordenador (es decir, 2^{3} = 8). Una ventaja del procedimiento descrito anteriormente es que no es crítico con respecto al tiempo y, de esta manera, el controlador de estación base puede sincronizar selectivamente las estaciones base según se requiera. Una característica general preferida del algoritmo de procesamiento del controlador de estación base es que hace "compatibles" todas las fases de reloj relativas estimadas, de forma tal que una determinada fase de reloj relativa, en última instancia, no dependa de la "trayectoria" entre las estaciones base a lo largo de las cuales se determina.

En una red sincronizada se hace relativamente fácil determinar la ubicación de una estación móvil. Para determinar la ubicación de una estación móvil, un nuevo elemento de red (mencionado aquí como un CUM (Centro de Ubicación de Móvil)) podría realizar el cálculo efectivo de la ubicación de una estación móvil. Al menos para la ubicación de estación móvil basada en la diferencia temporal observada, tanto el controlador de estación base como el centro de ubicación de móvil CUM procesarían, preferiblemente, las fases \DeltaT_{obs} de reloj relativas observadas. En una realización, el controlador de estación base podría recibir estas mediciones desde la UGM y pasarlas al centro de ubicación de móvil, y el controlador de estación base y el centro de ubicación de móvil podrían procesarlas independientemente. En otra opción, la UGM podría comunicarse sólo con el centro de ubicación de móvil, y el centro de ubicación de móvil podría pasar las diferencias temporales reales calculadas al controlador de estación base. En este caso, todo el procesa-
miento descrito anteriormente ocurre en el centro de ubicación de móvil y las UGM inalámbricas serían las favorecidas.

Como se ha propuesto anteriormente, la alineación de ranuras temporales es posible si hay al menos "visibilidad" en un sentido para cada estación base. Esta situación podría no regir para todas las estaciones base operadas por un controlador de estación base. En este caso, las estaciones base podrían sincronizarse para formar grupos de estaciones base mutuamente sincronizadas, sin que ninguna de las estaciones base en un grupo reciban de, o sean recibidas por, ninguna de las estaciones base en otro grupo. Esta situación se ilustra en la Figura 6, donde las estaciones base 40, 41 y 42 forman un grupo 43 y las estaciones base 44 y 45 forman otro grupo 46. Cada uno de los grupos de estaciones base puede sincronizarse independientemente, lo que lleva a subáreas sincronizadas del área controlada por un controlador de estación base. El agrupamiento puede determinarse a partir de la matriz procesada M. El controlador de estación base también puede decidir crear artificialmente más subáreas sincronizadas si considera a ciertas fases \DeltaT_{ETB} de reloj relativas como demasiado imprecisas para ser empleadas para la sincronización.

Optativamente, el sistema también podría utilizarse para comprobar fallos en el sistema. Por ejemplo, si el controlador de estación base halla que una estación base, desde la cual se han recibido previamente señales en otra estación base, ya no es recibida por esta última estación base (o especialmente si ya no es recibida por un cierto número de las otras estaciones base) o si su sincronización deriva excesivamente, entonces el controlador de estación base podría generar una alarma para indicar al operador de la red que hay un fallo potencial.

Después de que se han estimado todas las fases de reloj relativas, el controlador de estación base debe escoger una fase de reloj de referencia (absoluta), con la cual se sincronizarán todos los relojes de estaciones base (para cada subárea sincronizada). (Observe que las siguientes selecciones se refieren a la alineación de fase de las transmisiones y no a la velocidad de los relojes de estación base). Una posibilidad es que se escoja el propio reloj del controlador de estación base para proporcionar una referencia; en este caso, su fase, preferiblemente, debería ser relativamente estable. Si las velocidades de los relojes de estaciones base en un sistema ya se obtienen de la velocidad del reloj del controlador de estación base por una interfaz estándar, entonces esta selección tendría la ventaja de requerir sólo correcciones de fase relativamente pequeñas, ya que la desalineación \DeltaT_{ETB} de fase, principalmente, sería ocasionada por retardos de fase variables en el equipo de transmisión. Alternativamente, una de las estaciones base puede seleccionarse como la referencia. Esta, preferiblemente, sería una estación base de alta potencia que sea "visible" para muchas otras estaciones base. Esto tiene la ventaja de que muchas de las fases de reloj relativas determinadas, probablemente, serán bastante precisas, ya que \DeltaT_{ETB} dependería entonces, en muchos casos, de una fase \DeltaT_{obs} de reloj relativa observada colectivamente. Alternativamente, el controlador de estación base podría calcular el promedio de la fase de reloj relativa de todas las estaciones base. Esta referencia no correspondería a ninguna estación base específica, pero minimizaría en general los cambios de fase necesarios para sincronizar todos los relojes. Esto sólo sería útil si las fases de reloj de estaciones base se distribuyeran no uniformemente y todas las fases de reloj de estaciones base fueran lo suficientemente precisas. (Para fases de reloj igualmente distribuidas, una "fase promedio" sería arbitraria).

El controlador de estación base calcula luego una corrección de fase de reloj para cada estación base, a partir de la diferencia entre la fase del reloj de referencia y la fase de reloj relativa determinada para la respectiva estación base. En un sistema que ya está parcialmente sincronizado, cada corrección de fase de reloj puede ser representada adecuadamente por un número entero de etapas con la precisión de sincronización deseada, o menos, en la gama entre cero y el máximo error en el esquema de sincronización existente. Por ejemplo, en GSM la corrección sería un valor entre cero y un periodo de ráfaga (= 577 \mus).

El controlador de estación base envía las correcciones calculadas de fase de reloj a cada estación base, preferiblemente con una resolución de al menos 1 \mus. Para evitar un exceso de tráfico de mensajes y operaciones de sincronización, preferiblemente, sólo envía un mensaje si la estación base supera, o casi supera, el intervalo de sincronización permitido, es decir, sólo si la corrección requerida supera un cierto umbral, p. ej., 5 \mus.

La estación base corrige luego su propio reloj en la etapa S5, retardando la fase de reloj en el valor especificado de corrección recibido, con una resolución de al menos 1 \mus. Son posibles varias implementaciones de hardware y software para lograr esto:

1.

Un circuito de retardo podría colocarse entre el circuito del reloj y el procesador principal, y este circuito podría retardar artificialmente la señal eléctrica que comprende la señal de reloj, es decir, desplazar en el tiempo el tren rectangular de pulsos del reloj. Esto podría permitir un desplazamiento sumamente preciso (y preferiblemente analógico) de la temporización.

2.

Un circuito de retardo digital podría colocarse entre el circuito del reloj y el procesador principal, para que suprima algunos pulsos de reloj. Allí donde el reloj de estación base funciona a 26 MHz, este procedimiento produciría una resolución de \cong 0,04 \mus, ya que esta es la duración de un pulso de reloj.

3.

Podría proporcionarse una funcionalidad de retardo por software para modificar los contadores temporales internos utilizados para controlar el instante en el tiempo en que comienzan las transmisiones por radio. Esto podría también dar una resolución suficientemente alta. Esta puede ser la manera más sencilla de modificar una estación base existente a fin de proporcionar la funcionalidad necesaria.

La aplicación del retardo no debe violar los requisitos de temporización de la estación base en la interfaz de radio; por lo tanto, la estación base puede extender una gran corrección de fase durante cierto tiempo, p. ej., 1s, y los cambios de fase, preferiblemente, deberían hacerse entre dos ranuras temporales. Las mayores correcciones deberían ocurrir, normalmente, poco después de que la estación base ha arrancado, cuando no importan demasiado. Después de que se ha establecido la sincronización de fase, las correcciones raramente deberían superar en mucho los 5 \mus.

Optativamente, la estación base podría modificar la velocidad de su reloj si las últimas pocas correcciones de fase de reloj recibidas indican una desviación sistemática. Esto mejoraría la precisión general de la sincronización y, en general, permitiría que se implementara un reloj de estación base mucho más barato y menos preciso. Sin embargo, la capacidad de "ver" a otra estación base sería entonces más importante.

La sincronización total de los relojes de estación base no necesariamente se requiere a fin de que tengan lugar traspasos más eficientes. Con lo que pueden denominarse traspasos seudosincronizados, la red podría decir a la estación móvil la fase de reloj relativa entre la estación base actual y la nueva, determinada según lo anteriormente descrito. Con fines de traspaso, esto proporcionaría generalmente las mismas ventajas que los relojes de estación base verdaderamente sincronizados en fase. Sin embargo, el soporte de estaciones móviles para traspasos seudosincronizados es sólo optativo desde la fase 2 del GSM en adelante, mientras que los traspasos sincronizados son una característica estándar del GSM.

Es posible sincronizar estaciones base en un área más grande que en aquella bajo la influencia de un único controlador de estación base. Algunas estaciones base en la frontera de un controlador de estación base podrán recibir señales desde estaciones base operadas por otro controlador de estación base, y así los controladores de estación base podrán obtener conocimiento de las diferencias de fase de reloj con respecto a las áreas sincronizadas controladas por otros controladores de estación base.

En algunas circunstancias, la sincronización puede volverse crecientemente difícil cuanto mayor es el área sincronizada. Además de la señalización aumentada que se necesita para lograr la sincronización en un área mayor, se esperaría que el tiempo empleado para alcanzar un estado estable sincronizado en un área más grande sea mayor. Además, la alineación misma de ranuras temporales puede hacerse menos ventajosa según aumenta el tamaño del área sincronizada. Por lo tanto, puede ser deseable restringir el tamaño de las áreas sincronizadas a un tamaño intermedio óptimo. Un candidato natural para aproximar este tamaño es un área de controlador de estación base. Sin embargo, a veces un área geográfica contigua puede estar cubierta por dos (o más) dominios intercalados de controlador de estación base, lo cual reduce la "visibilidad" entre las estaciones base bajo el mismo controlador de estación base, pero aumenta la "visibilidad" mutua de esos dominios intercalados de controlador de estación base. Además, la capacidad de un controlador de estación base puede estar limitada (por ejemplo, a 256 o 512 transmisores). Si el dominio del controlador de estación base estuviera sincronizado, este número de transmisores podría equivaler a menos estaciones base que en las implementaciones actuales, porque, con la sincronización, podrían desplegarse más transmisores en cada estación base, para aprovechar el aumento en la capacidad que podría posibilitarse por la sincronización. Las ventajas potenciales de los patrones de reutilización estricta y de los procedimientos basados en diferencias temporales observa-
das para la ubicación de estaciones móviles se realzan si las ranuras temporales están alineadas dentro de toda la red.

Una forma de lograr la sincronización entre los controladores de estación base es emplear señalización extra entre los controladores de estación base, para intercambiar fases de reloj relativas observadas entre los controladores de estación base. Esto podría hacerse, por ejemplo, por señalización directa entre los controladores de estación base o bien, ya que los controladores de estación base no se comunican directamente por lo general, mediante otra unidad, tal como un centro de conmutación móvil o un centro de ubicación de móviles. En este último caso, una posibilidad sería entonces que el centro de conmutación de móviles o un centro de ubicación de móviles comandara los cambios de fase de reloj para todos sus controladores de estación base, y/o las estaciones base y/o los transmisores bajo su control. Las correcciones de fase de reloj podrían aplicarse uniformemente a todas las estaciones base bajo un controlador de estación base. En el caso especial de dominios intercalados de controladores de estación base, puede no necesitarse ninguna señalización entre controladores de estación base. Cada controlador de estación base podría cambiar iterativamente las fases de reloj de sus estaciones base, por la mitad de la fase de reloj relativa observada en las estaciones base de otro controlador de estación base, a fin de lograr la sincronización mutua. Otra solución es establecer una jerarquía de sincronización entre los controladores de estación base. Cada controlador de estación base podría sincronizar entonces todas las estaciones base en su dominio de controlador de estación base con un dominio específico adyacente de controlador de estación base, siendo por lo tanto un dominio de controlador de estación base la referencia de sincronización para la red entera. Otra solución es que el cálculo, tanto de las fases de reloj relativas efectivas como las correcciones de fase de reloj, sea hecho no por el controlador de estación base, sino por un elemento de red centralizado, tal como el centro de ubicación de móvil (especialmente si se implementa una función de ubicación de estación móvil). El controlador de estación base podría entonces ser sólo responsable de enviar correcciones de fase de reloj a las estaciones base.

Puede proporcionarse cierto nivel de tolerancia a fallos. Si algún error fuera a causar que una estación base perdiera la sincronización con el resto de la red, entonces la calidad del servicio sólo puede degradarse por un breve periodo de tiempo. Una vez que el respectivo controlador de estación base notara la pérdida de sincronización, podría tratar la estación base averiada como no sincronizada hasta que el problema esté arreglado. La pérdida de sincronización perturbaría a la red sólo localmente, siendo improbable que varias estaciones base en la misma área perdiesen la sincronización a la vez. Para reducir la degradación en la calidad del servicio durante el tiempo necesario para reparar el fallo, el controlador de estación base podría desactivar los transmisores de sólo tráfico de la estación base hasta que se recobrara la sincronización, ya que el factor de reutilización estricta de una red sincronizada de tipo GSM no se aplicaría a los transmisores BCCH.

La implementación del sistema descrito anteriormente en una red preexistente puede hacerse en varias fases. Una primera fase podría utilizar una UGM inalámbrica. Algunos de los aspectos del procesamiento que podrían implementarse en software en un controlador de estación base, tal como el tratamiento de efectos de línea no directa y la sincronización entre controladores de estación base, podrían omitirse. En otra fase de implementación, el hardware de medición podría integrarse totalmente con las estaciones base (p. ej., las estaciones base recientemente instaladas) y/o podría proporcionarse un procesamiento de software más extenso. Para proporcionar la sinergia con los servicios de ubicación estaciones móviles, podría implementarse software para determinar las diferencias temporales reales en un centro dedicado de ubicación de móviles, en lugar de en los controladores de estación base.

Es claramente preferible que todos los relojes de estación base en un dominio común de sincronización estuvieran funcionando a la misma velocidad y, preferiblemente (en un sistema GSM), con la precisión de GSM especificada.

Algunas ventajas potenciales de ciertas implementaciones del sistema anteriormente descrito se describirán ahora con referencia específica a las redes GSM. Sin embargo, se entenderá que algunas de, o todas, las ventajas también son aplicables a otras redes.

Una red sincronizada proporciona el potencial para traspasos más rápidos, siendo las prestaciones, en general, las mismas que en los traspasos intracelulares convencionales. En una implementación del GSM, por ejemplo, el tiempo para la señalización del traspaso podría reducirse desde unos 200 ms hasta alrededor de 100 ms.

En un sistema GSM convencional las tramas pueden perderse durante los traspasos, causando chasquidos audibles. Esto podría reducirse por la implementación de traspasos sincronizados.

Las estaciones móviles que abandonan área de cobertura de baja potencia, como en los edificios, pueden ingresar a un entorno de potencia mucho mayor. Los traspasos más rápidos significan que puede haber interferencia reducida desde el móvil al entorno de mayor potencia, y que hay menos riesgo de que se perderá una llamada.

Los traspasos más rápidos significan que son posibles los traspasos picocelulares internos, como lo son los traspasos donde el usuario está viajando en un ascensor entre picocélulas en distintas plantas.

Los traspasos más rápidos significan que se necesita menos solapamiento entre las células para permitir traspasos de estaciones móviles de movimiento veloz, tales como las que están en trenes.

En una red GSM convencional, la estación base actual y la nueva reservan capacidad para la duración del traspaso. La capacidad de hacer traspasos más rápidos significa que la duración de esta reserva simultánea puede reducirse y que la capacidad puede aumentar por ello.

Los traspasos sincronizados pueden necesitar menos señalización que los traspasos no sincronizados.

La sincronización de estaciones base puede hacer posibles niveles más altos de reutilización de frecuencias. Teóricamente, en un sistema GSM podría esperarse que, para células de alta capacidad, las frecuencias de sólo tráfico podrían variar desde un factor de reutilización de 6 a un factor de reutilización de 1, aunque en la práctica una reducción en el factor de reutilización desde 7 u 8 a 2 o 3 es quizás más realista. Esta ventaja surge debido a que, ocasionando que las estaciones base transmitan en fase, puede haber una interferencia significativamente menor. Un nivel más alto de reutilización de frecuencias debería permitir más capacidad, ya que los transmisores adicionales podrían funcionar sin necesidad de que se adjudiquen más frecuencias. Además, los patrones más sencillos de reutilización simplificarían la planificación de la red. La planificación de frecuencia actual se efectúa a menudo adjudicando frecuencias transmisor a transmisor. En una red sincronizada los canales podrían adjudicarse dinámicamente ranura a ranura, permitiendo multiplicar por 8 la granularidad en un sistema GSM. Esto requeriría conocimiento de los desplazamientos relativos de los números de ranuras TDMA entre las estaciones base, pero ninguna sincronización de números de trama. Un controlador de estación base podría aplicar el salto de frecuencia según lo requerido. Con el salto de frecuencia, se esperaría que hubiera poca interferencia entre dos canales que utilizan el mismo conjunto de frecuencias y el mismo número de secuencia de salto, pero distintos índices de adjudicación de móviles. La sincronización podría, de esta manera, permitir potencialmente que se utilice el mismo conjunto de frecuencias de salto en estaciones base adyacentes, sin interferencia si se sincronizaran las secuencias de salto. La sincronización completa de números de trama podría permitir la sincronización de las secuencias de salto.

Las tablas de Erlang se utilizan para predecir la capacidad según el número de canales de tráfico por célula. Con traspasos más rápidos, el tráfico podría desplazarse dinámicamente a células vecinas para aumentar la capacidad, explotando dinámicamente la diversidad entre las células solapadas de la red.

Las estaciones base rurales pueden perder llamadas en la región de solapamiento entre las células, debido a la baja potencia de señal. Con la sincronización, el controlador de estación base podría programarse para transmitir la misma información desde las dos estaciones base en cuestión, con la misma frecuencia y la misma ranura temporal. La estación móvil, por lo tanto, puede recibir la misma señal desde dos estaciones base, y esto aumentará la potencia efectiva de las señales en la región de solapamiento.

\newpage

En muchos casos, el "Recubrimiento/Subcubrimiento Inteligente" (RSI) se basa actualmente en las hipótesis del peor caso de interferencia, y la capacidad se planifica transmisor a transmisor. La sincronización podría permitir a un controlador de estación base, o a otra unidad de red, establecer, durante el funcionamiento, la(s) ranura(s) tempo-
ral(es) en la(s) cual(es) la interferencia tiene lugar efectivamente, haciendo uso del conocimiento de los desplazamientos relativos de los números de ranura temporal de TDMA entre las estaciones base. Con esta característica, podrían utilizarse mayores células de RSI, permitiendo un uso más eficiente del ancho de banda, al menos en algunas circuns-
tancias.

En una red sincronizada, debido a que cada estación móvil necesita menos tiempo para hacer mediciones de temporización, se dispone de más tiempo para otras funciones. Una posibilidad es que una estación móvil haga mediciones extra para mejorar el control de tráfico y las decisiones de traspaso. Esto podría aprovechar un sistema que utilice números de tramas aleatoriamente distribuidas, o incluso mejor, un sistema en el cual los desplazamientos de números de trama se planificaran cuidadosamente en un esquema que, en cierta medida, optimizara los desplazamientos temporales entre ráfagas de sincronización de estaciones base adyacentes y el programa de medición de las estaciones móviles. Ese último sistema se describirá en más detalle aquí más adelante.

Las unidades de medición asociadas a las estaciones base, según lo descrito aquí anteriormente, podrían utilizarse para detectar fallos potenciales en el sistema y para informar de tales fallos potenciales al operador de red. Los ejemplos de tales fallos potenciales incluyen la detección de estaciones base vecinas que cesan de transmitir (especialmente las que están concebidas por su controlador de estación base para que estén en funcionamiento) o aquellas cuya sincronización deriva o es excesivamente imprecisa. Además, las unidades de medición podrían informar acerca del nivel y precisión de la señal recibida desde las estaciones base vecinas, para dar a la red información adicional sobre la interferencia de red y/o la pérdida de cobertura.

Como los errores menores en la temporización de la estación base pueden corregirse por el sistema anteriormente descrito, en tal sistema podrían utilizarse relojes de base estación menos precisos y, por ello, menos caros.

Un sistema sincronizado como el anteriormente descrito puede hacer más fácil satisfacer el requisito FCC911 para determinar las ubicaciones de estaciones móviles. El FCC911 es un requisito de los Estados Unidos de América para que la ubicación de una estación móvil sea conocida, con una precisión dada, para fines de emergencia. Se proponen dos procedimientos de localización: el procedimiento de TDL (Tiempo de Llegada), que hace uso de los momentos en que se reciben señales de las estaciones móviles, y el procedimiento de DTO (Diferencia de Tiempo Observada), que hace uso de las diferencias observadas en la recepción de señales, por ejemplo, desde una estación móvil en una pluralidad de estaciones base. Estos procedimientos generalmente requieren conocimiento de las diferencias de tiempo real (DTR) entre estaciones base vecinas con un nivel relativamente alto de precisión, que podría alcanzarse con relativa facilidad en una red sincronizada.

En la realización precedente, se alcanza la alineación de ranuras temporales. Se describirá ahora una realización alternativa en la cual no sólo se utiliza la alineación de ranuras temporales, sino que también se sincronizan los números de trama TDMA de estaciones base, preferiblemente para grupos pequeños de estaciones base.

Como la numeración de tramas es jerárquica, siendo los ciclos más importantes el ciclo TDMA, el ciclo multitrama y el ciclo de hipertrama, hay varios niveles disponibles de sincronización de números de trama. Sin embargo, los números de trama totalmente sincronizados no son necesariamente deseables, ya que esto implicaría la transmisión simultánea de ráfagas de frecuencia y sincronización de todas las estaciones base, lo que reduciría el tiempo disponible a las estaciones móviles para presincronizarse con, y medir los niveles de recepción de, las estaciones base vecinas, lo cual, a su vez, llevaría a unas prestaciones peores de traspaso. Esto se expondrá aquí más adelante en más detalle. En general, las distintas características posibilitadas por la alineación de ranuras temporales requieren distintos niveles de sincronización de números de trama. Por lo tanto, la selección óptima para la sincronización de números de trama depende de la importancia relativa de la característica en cuestión.

Para lograr la sincronización de números de trama, una estación base podría enviar números relativos de trama, es decir, las diferencias entre números de trama de estaciones base adyacentes y su correspondiente número propio de trama, al controlador de estación base. El conocimiento del controlador de estación base sobre los números relativos de trama, como en un sistema GSM, debería, normalmente, ser suficiente para la mayoría de los aspectos de la alineación de ranuras temporales. Si debe proporcionarse algún nivel de sincronización de números de trama, puede requerirse que el controlador de estación base sea capaz de comandar a las estaciones base para cambiar su contador de tramas. Esto podría ocurrir adecuadamente cuando una estación base arranca, p. ej., antes de que comience a transmitir por el canal BCCH.

La sincronización de tramas temporales significa cambiar los regímenes de numeración de tramas temporales, independientes y únicos, por un múltiplo entero de los periodos de ráfaga. Este procedimiento implica determinar las diferencias en números de trama entre distintos regímenes de numeración de tramas de estación base por la interfaz aérea. El controlador de estación base comanda entonces a cada estación base para ajustar sus regímenes de numeración de tramas por la interfaz aérea en un cierto valor relativo. Esta es, por ello, una técnica diferencial que proporciona una solución independiente de los retardos de transmisión, variables y desconocidos, para todos los Sistemas de Estación Base, SEB, y del retardo de propagación por radio.

En los sistemas de GSM actuales, el comienzo de la transmisión de tramas TDMA, es decir, el comienzo de la primera ranura temporal RT 0, por parte de las estaciones base, no se coordina entre las estaciones base. Cada estación base selecciona independientemente al azar el número de trama (NT) de la primera trama que transmite. La alineación de ranuras temporales, según lo descrito aquí anteriormente, no cambia esto. En consecuencia, las ranuras temporales relativas y los números de trama entre las estaciones base se mantienen arbitrarios, según lo ilustrado en la Figura 8, que muestra las ranuras y tramas 60 transmitidas por una estación base, y las ranuras y tramas 62 transmitidas por otra estación base. Las ranuras temporales pueden estar alineadas, pero los números de trama no lo están, ni lo están los comienzos de cada una de las tramas.

El controlador de estación base no es consciente de los números de trama y ranuras temporales para cualquier estación base en un momento dado, ya que el controlador de estación base y las estaciones base no comparten una referencia temporal común. Esto es así porque la red de transmisión Abis (interfaz entre la estación base y el controlador de estación base) produce retardos desconocidos y variables.

Sin embargo, si el controlador de estación base conoce las ranuras temporales relativas y los números de trama para cada estación base, pueden lograrse mejoras. Los sistemas GSM actuales adjudican frecuencias transceptor a transceptor. La adjudicación de canales ranura temporal a ranura temporal proporciona una granularidad 8 veces mayor y reduce la interferencia. Por ejemplo, si la ranura temporal número 3 de una estación base 1 es coincidente en el tiempo con la ranura temporal número 5 de la estación base 2, que utiliza la misma frecuencia que la ranura temporal número 3 de la estación base 1, entonces el controlador de estación base puede evitar adjudicar la ranura temporal número 5 de la estación base número 2 si la ranura temporal número 3 de la estación base 1 ya está adjudicada. Esta característica de gestión de la interferencia requiere el conocimiento por el controlador de estación base de las ranuras temporales relativas (y los números de trama relativos para los SDDCCH (Canales Autónomos de Control Dedicado) entre estaciones base.

El RSI está actualmente basado en un escenario de interferencia del peor caso, y la capacidad se planifica transceptor a transceptor. El controlador de estación base es capaz de deducir en qué ranura temporal ocurre efectivamente la interferencia. Esto hace posible mayores células de RSI y, por ello, un uso más eficiente del ancho de banda. Esto requiere nuevamente el conocimiento por parte del controlador de estación base de las ranuras temporales relativas y los números de trama entre estaciones base.

Para lograr una mejora significativa de capacidad, el mero conocimiento de las ranuras temporales relativas y los números de trama pueden no ser suficientes. En cambio, puede requerir la sincronización de tramas TDMA y sus números de trama entre estaciones base, según se ilustra en la Figura 9.

La ventaja de la sincronización de números de trama es que puede lograrse una reutilización de frecuencia más estricta. Con el salto de frecuencia, no hay ninguna interferencia entre dos canales que utilizan el mismo conjunto de frecuencias de salto y el mismo número de secuencia de salto NSS, pero distintos desplazamientos de asignación de móvil DAM. Se evita, por lo tanto, la interferencia entre canales dentro de una célula, utilizando el mismo número de secuencia de salto pero distintos desplazamientos de índice de asignación de móvil para todas los transceptores con saltos dentro de una célula. Las mismas frecuencias de salto pueden ser reutilizadas en células adyacentes utilizando un número distinto de secuencia de salto, pero al coste de un promedio estadístico para la interferencia entre canales proporcional a 1/N, donde N es el número de frecuencias de salto. Así, debería utilizarse el mismo número de secuencia de salto para tantos transceptores en una célula como sea posible.

Dado que, para cualquier conjunto de saltos con N frecuencias, hay el mismo número N de distintos desplazamientos de índice de adjudicación de móvil, se minimiza la interferencia entre canales si N transceptores utilizan el mismo número de secuencia de salto. Usualmente, con menos de N transceptores de salto en una célula, el conjunto de posibles desplazamientos de índice de adjudicación de móvil no puede agotarse dentro de una única célula, y es deseable utilizar el mismo número de secuencia de salto en más de una célula (también se lo conoce como compartición de frecuencias) para igualar mejor el número de frecuencias de salto con el número de transceptores que utilizan el mismo número de secuencia de salto.

Sin embargo, tener el mismo número de secuencia de salto pero distinto desplazamiento del índice de adjudicación de móvil no es suficiente para proporcionar secuencias de salto que no colisionen en distintas células, ya que cada frecuencia de cualquier secuencia de salto también depende del número de trama de la correspondiente trama TDMA. En particular, la no colisión depende de la parte del número de supertrama para el número de trama que es el parámetro temporal en módulo 64. De esta manera, se requiere la sincronización de números de trama para la compartición de frecuencias. Sin la sincronización de números de trama entre dos células, habrá interferencia entre dos canales de estas dos células, incluso si se les asigna el mismo número de secuencia de salto. La naturaleza seudoaleatoria de las secuencias de salto de frecuencia hace difícil asimilar los distintos números de tramas TDMA por una selección específica de los parámetros de salto de frecuencia, a fin de hacer que la compartición de frecuencias sea útil sin la sincronización de tramas.

Con sedes de múltiples sectores, esta restricción no es un problema, ya que todos los transceptores en una sede ya están sincronizados, o se sincronizan fácilmente, y los números de trama son todos los mismos para todas las ranuras temporales coincidentes en todas las células. Esto aumenta la longitud útil N de las secuencias de salto, en comparación con las estaciones base de sede única. Por ejemplo, para una sede de tres sectores, con tres transceptores de salto para cada sector, un conjunto de nueve frecuencias de salto es óptimo, ya que entonces a cada transceptor de salto puede asignarse un desplazamiento distinto de índice de adjudicación de móvil, y se agotan todos los nueve posibles desplazamientos de índice de adjudicación de móvil. En una red no sincronizada, con todas las estaciones base transmitiendo en su propio dominio temporal, la interferencia entre canales entre células adyacentes ocurre cuando se utilizan los mismos conjuntos de salto de frecuencia. En cambio, en una red sincronizada por números de trama, todas las estaciones base comenzarán simultáneamente sus transmisiones de ráfagas. Una ventaja de la sincronización de números de trama es que el mismo conjunto de saltos de frecuencia y el mismo número de secuencia de salto pueden utilizarse en más de una célula sin interferencia entre canales. Esto significa que puede lograrse una reutilización de frecuencias más estricta, por ejemplo, con frecuencias de sólo tráfico.

En resumen, con el salto de frecuencias, no hay ninguna interferencia entre dos canales que utilizan el mismo conjunto de frecuencias y el mismo número de secuencia de salto, pero distintos índices de adjudicación de móvil. Por lo tanto, es deseable utilizar la misma secuencia de salto en distintas estaciones base. Pero, dado que las secuencias de salto están determinadas principalmente por la secuencia de números de trama, esto sólo es posible si los números de trama están sincronizados. Para una red con saltos de frecuencia, las secuencias de saltos de frecuencia pueden determinarse con el número de trama. La sincronización de números de trama de muchas estaciones base puede degradar las prestaciones de traspasos, a causa de la manera en que las estaciones móviles detectan a las células adyacentes. En consecuencia, en las realizaciones preferidas de la invención, la sincronización de números de trama se utiliza sólo para pequeños grupos de estaciones base.

Esta realización de la invención puede utilizar los mismos componentes, según lo descrito aquí anteriormente, para proporcionar la alineación de ranuras temporales. Las desalineaciones relativas de las transmisiones de ráfagas de las distintas estaciones base son medidas por los elementos UGM.

La detección de ranuras temporales y números de trama, por lo tanto, hace uso de, y descansa sobre, la alineación de ranuras temporales. En otras palabras, las ranuras temporales se alinean antes de que tenga lugar la detección de números de trama, ya que la detección de números de trama sólo tiene sentido cuando las ranuras temporales están alineadas. La detección de ranuras temporales y números de trama se lleva a cabo por la interfaz aérea. Las necesarias mediciones de radio son hechas por los elementos UGM, requeridos para la alineación de ranuras temporales, e informadas al controlador de estación base. Como las características en cuestión dependen sólo del conocimiento por parte del controlador de estación base de la diferencia de ranuras temporales y números de trama entre las estaciones base, y no de los valores absolutos de ranuras temporales y números de trama de cualquier estación base, no se requiere ninguna referencia temporal absoluta común entre las estaciones base, o entre el controlador de estación base y las estaciones base. Es suficiente que la detección de ranuras temporales y números de trama tenga lugar poco después de que la estación base ha arrancado. Las diferencias en ranuras temporales y números de trama con cualquier estación base vecina se mantienen constantes, haciendo que la detección de números de trama sea muy robusta.

La UGM se presincroniza con las estaciones base vecinas como parte del proceso de alineación de ranuras temporales. Esto incluye recibir ráfagas del canal de sincronización que contienen el número de trama y que siempre se envían en la primera ranura temporal, RT0. La UGM también determina el momento en que recibe esas ráfagas del canal de sincronización dentro de la referencia temporal de su anfitrión o estación base de referencia, es decir, el número de trama, la ranura temporal, y la desalineación de ranura temporal. Con el fin de la alineación de la ranura temporal, la UGM informa los valores observados de desalineación de ranura temporal al controlador de estación base. Ahora, con el fin de la sincronización de números de trama, la UGM también informa de las diferencias de números de ranura temporal y de trama entre las estaciones base vecinas y la estación base anfitriona.

Las diferencias temporales observadas entre las estaciones base cambian según la red intenta reducir las diferencias de tiempo real, es decir, la diferencia temporal entre transmisiones simultáneas, a cero. Después de unas pocas iteraciones de este proceso de retroalimentación, sin embargo, las diferencias de número de ranura temporal y de trama no cambian más, y los cambios subsiguientes sólo atañen a la desalineación de la ranura temporal. El controlador de estación base determina cuándo se llega a este estado estable verificando que los valores de desalineación de ranura temporal estén por debajo de un cierto umbral.

El controlador de estación base puede ahora hacer uso del conocimiento de los números relativos de ranuras temporales y de números de trama, a fin de implementar características de mejora de red, tales como aquellas mencionadas aquí anteriormente. Los elementos UGM también pueden emplearse para la ubicación de estaciones móviles. El mantenimiento continuo de la alineación de ranuras temporales significa que las diferencias de ranuras temporales y números de trama entre las estaciones base se mantiene constante. Esto vale incluso si una estación base se aparta temporalmente del proceso de alineación de ranuras temporales, ya que la corrección posterior de una desalineación debida a la deriva siempre puede realizarse de forma tal que se preserven las diferencias de ranuras temporales y números de trama. Por ello, puede ahorrarse algo de la capacidad de informe de la UGM transmitiendo las diferencias de ranuras temporales y números de trama con menos frecuencia que las desalineaciones de ranuras tempo-
rales.

La sincronización de números de trama es posible para las estaciones base que están alineadas por ranuras temporales y para las cuales se dispone de detección de ranuras temporales y números de trama, pero se aplica preferiblemente sólo a pequeños grupos de estaciones base, ya que la sincronización de números de trama en gran escala puede no ser deseable. La sincronización de números de trama se hace poco después de que la estación base ha arrancado. No es necesario ningún proceso periódico de retroalimentación para mantener la sincronización de números de trama. Los números aleatorios relativos de trama se preservan entre los grupos sincronizados por números de trama.

El controlador de estación base sabe, por el plan de red de radio, de los grupos de aquellas estaciones base que deberían tener sus números de trama sincronizados entre sí. El controlador de estación base se asegura de que todas las estaciones base en cada tal grupo no se tornen inmediatamente accesibles para las estaciones móviles después del arranque. Estas estaciones base pueden escoger un número de trama al azar en el arranque, como de costumbre, y deben comenzar a transmitir por canales comunes por la frecuencia BCCH, pero la célula debe marcarse como "excluida". Para la primera estación base de cada grupo de sincronización que ingresa a este estado, el controlador de estación base puede retirar inmediatamente el estado de "célula excluida". Esta estación base servirá como un "maestro" (es decir, el anfitrión o referencia) para las otras estaciones base "esclavas" del mismo grupo. Para cada estación base esclava, el controlador de estación base espera hasta que sus transmisiones estén "aproximadamente" alineadas por ranuras temporales con la estación base maestra. No es necesario esperar a la alineación "precisa", es decir, con la precisión especificada de 5 \mus, ya que las ranuras temporales y los números de trama relativos no cambiarán después de las primeras pocas iteraciones del proceso de alineación de ranuras temporales.

Optativamente, el controlador de estación base podría acelerar la alineación de ranuras temporales tratando esta estación base esclava con mayor prioridad en el proceso continuo de alineación de ranuras temporales. El controlador de estación base calcula la diferencia en ranuras temporales y números de trama entre la estación base esclava y la maestra. El controlador de estación base envía un comando a la estación base para cambiar su ranura temporal y su número de trama en las diferencias calculadas, de forma tal que las diferencias en ranuras temporales y números de trama se reduzcan a cero. La estación base esclava cambia sus transmisiones de radio en consecuencia e instantáneamente, cambiando los contadores temporales adecuados en su software. El controlador de estación base quita la condición de "célula excluida". La estación base esclava está ahora totalmente operativa y sincronizada en números de trama con su maestra. Las pequeñas discrepancias que posiblemente se mantengan en la alineación de ranuras temporales serán eliminadas por el proceso de alineación de ranuras temporales sin perder la sincronización por números de trama. La sincronización por números de trama también podría realizarse cuando la estación base ya está en uso, aunque no parece haber necesidad de hacerlo. El controlador de estación base tendría que traspasar primero todo el tráfico actual a otras estaciones base y luego "excluir" la célula, ya que también se requiere para el mantenimiento de estación base, que podría requerir apagar una estación base.

Un procedimiento alternativo de sincronizar el número de trama implica transmitir un valor absoluto de número de trama por elementos de retardo variable de transmisión, con una precisión de al menos la mitad de un periodo de ráfaga (289 \mus). Además, el procedimiento requiere que el controlador de estación base sea capaz de interrogar a cada estación base en cuanto a su número de trama, y de obtenerlo con una precisión de medio periodo de ráfaga. Garantizar tal alta resolución temporal entre elementos de red requiere una señalización adecuada.

En una red que incorpora la alineación de ranuras temporales de estaciones base, pueden implementarse nuevos procedimientos para reducir la interferencia y permitir así un aumento de la capacidad. Pero a fin de implementar estas técnicas, el controlador de estación base debe gestionar la separación de ranuras temporales y la separación de números de trama de las transmisiones simultáneas de distintas estaciones base.

Si los números de trama se alinean sobre un área cubierta por un gran número de células, las estaciones móviles pueden requerir más tiempo para presincronizarse con las células adyacentes, y el mantenimiento de la presincronización puede ser más difícil. La presincronización acelera los traspasos y ayuda a identificar las células que dominan las frecuencias en las cuales las estaciones móviles miden las potencias de campo recibidas. Estas mediciones de potencia de campo se utilizan para tomar decisiones de traspaso y para características automáticas de sistema de la estación base. La sincronización total de tramas puede ser desventajosa.

La estación móvil tiene que recibir y analizar las ráfagas del canal de corrección y sincronización de frecuencia transmitidas por cada estación base en una modalidad dedicada para presincronizarse con las células adyacentes. El mantenimiento subsiguiente de esta presincronización requiere que la estación móvil continúe recibiendo las ráfagas del canal de sincronización. Estas etapas sólo pueden tener lugar en la trama de búsqueda que ocurre cada 26 tramas TDMA en el GSM, es decir cada 120 ms, debido a las estrictas restricciones de temporización que una estación móvil debe cumplir en el estándar GSM.

En una red totalmente sincronizada por números de trama, cada ráfaga del canal de corrección y sincronización de frecuencia es transmitida simultáneamente por todas las estaciones base, lo que tiene un efecto que va en detrimento de la probabilidad de que la estación móvil localice estas ráfagas en la trama de búsqueda. Como resultado del esquema de temporización de las ráfagas del canal de sincronización, la estación móvil puede ser capaz sólo de recibir la ráfaga del canal de sincronización cada 9,4 tramas de búsqueda, que es alrededor de una vez por segundo. Sin la sincronización de tramas, puede suponerse que las ráfagas del canal de sincronización de distintas estaciones base están igualmente distribuidas a lo largo del tiempo, y la estación móvil puede utilizar todas sus tramas de búsqueda para la recepción de las ráfagas del canal de sincronización, lo cual puede dar una capacidad receptora de una ráfaga del canal de sincronización cada 120 ms. Esto significa que la sincronización de números de trama puede llevar a una reducción en la capacidad para recibir las ráfagas del canal de sincronización, de un factor de alrededor de 9,4. Para las estaciones móviles que son capaces de procesar más de una ráfaga del canal de sincronización por trama de búsqueda, la degradación en la capacidad relativa puede ser mayor.

Con la presincronización inicial, la situación es más complicada, ya que la estación móvil no conoce por adelantado en qué trama de búsqueda podrá recibir una ráfaga del canal de corrección de frecuencia en una frecuencia dada de BCCH. La estación móvil, por lo tanto, tiene que iniciar su búsqueda en un punto aleatorio del tiempo y, en promedio, la estación lo hará durante cinco tramas de búsqueda antes de ser capaz de recibir una ráfaga dada del canal de corrección de frecuencia en una frecuencia dada de BCCH la primera vez. Esto ocurre independientemente de si hay alguna sincronización de números de trama. Dos tramas más tarde, puede recibir la ráfaga del canal de sincronización para completar la presincronización. Sin embargo, después del traspaso, la lista de estaciones base adyacentes tiene, usualmente, más de un cambio, por lo que la estación móvil iniciará algunas veces un segundo proceso de presincronización inmediatamente después del que acaba de completarse. Si no hay ninguna sincronización de tramas, llevará alrededor de cinco tramas de búsqueda, en promedio, recibir la ráfaga del canal de corrección de frecuencia, y con la sincronización de tramas lleva, en promedio, 7,4 tramas de búsqueda recibir la ráfaga del canal de corrección de frecuencia. Esto significa que la sincronización de los números de trama reduce las prestaciones en un 50 por ciento. En la práctica, las estaciones móviles no recibirán todas las ráfagas del canal de corrección de frecuencia y de sincronización, debido a malas condiciones de recepción. Con la sincronización del número de trama, la estación móvil tardará 9,4 tramas de búsqueda en ser capaz de recibir la ráfaga perdida, y no pueden aprovecharse para nada las tramas de búsqueda intermedias. Sin la sincronización del número de trama, esas tramas de búsqueda intermedias pueden ser utilizadas por la estación móvil para escuchar a otras estaciones móviles.

En resumen, las realizaciones preferidas de la invención no tienen sincronización de números de trama por toda una red entera, según se ha expuesto aquí anteriormente. El número de estaciones base que están sincronizadas entre sí por números de trama dependerá de los requisitos de red así como, por supuesto, del procedimiento de acceso empleado. Sin embargo, algunas realizaciones de la presente invención pueden estar sincronizadas por toda la red.

Se describirá ahora una alternativa a la sincronización de tramas descrita aquí anteriormente. En particular, se describirán ahora dos tipos de sincronización parcial por número de trama. Una primera forma de sincronización parcial por número de trama se describirá con referencia a la Figura 10. En esta realización, los números de trama están sincronizados dentro de un pequeño grupo de estaciones base. Este grupo es mucho más pequeño que en el procedimiento expuesto aquí anteriormente. Típicamente, cada grupo tendrá dos o tres estaciones base. La Figura 10 muestra dos de estos pequeños grupos 70 y 72. La red se compondría de estos pequeños grupos. Como sólo dos o tres estaciones base están sincronizadas en cada grupo, pueden obtenerse ventajas, en particular, en entornos de salto de frecuencia. Con tres transceptores de salto de frecuencia en tres sedes celulares sectorizadas, dieciocho frecuencias de salto pueden compartirse efectivamente entre dos estaciones base. Con aquellos grupos que tienen tres áreas de cobertura servidas por una estación base, pueden incluirse más de dos estaciones base en cada grupo, pero esto podría conducir a problemas. Si cada estación base sirve sólo a un área de cobertura, entonces cada grupo puede consistir en tres o cuatro estaciones base. Una segunda alternativa a la sincronización de números de trama se muestra en la Figura 11. En esta alternativa, las tramas con el mismo número de trama no están totalmente sincronizadas. En cambio, hay una sincronización parcial de las tramas. En otras palabras, las tramas con el mismo número de trama están desincronizadas en unas pocas ranuras temporales. Esto significa que las ráfagas del canal de corrección de frecuencia y del canal de sincronización de las estaciones base adyacentes no coinciden. De esta manera, se reduce el número de ranuras temporales donde el número de trama está sincronizado en las células adyacentes. Por ejemplo, dos sedes vecinas cuyas tramas están desincronizadas en dos ranuras temporales compartirán el mismo número de trama en seis de ocho ranuras temporales. La compartición de frecuencia es más útil en las seis ranuras temporales compartidas, y esto se tendrá en cuenta al adjudicar canales.

Aunque las ráfagas del canal de corrección de frecuencia y del canal de sincronización de las células vecinas no colisionan en esta alternativa, hay una alta probabilidad de que estas ráfagas caigan dentro de la misma trama de búsqueda de una estación móvil. Por lo tanto, sólo aquellas estaciones móviles que, después de haber hallado una ráfaga del canal de corrección de frecuencia en una cierta trama de búsqueda, comiencen a buscar una ráfaga del canal de corrección de frecuencia de otra estación base vecina en la misma trama de búsqueda, no tendrán sincronización de tramas.

Este procedimiento es específicamente aplicable a cadenas unidimensionales de células, tales como dos sedes celulares direccionales sectorizadas, dispuestas, por ejemplo, a lo largo de una calle.

La sincronización de números de trama puede permitir un patrón más estricto de reutilización de frecuencia, que podría aumentar la capacidad.

A la vista de la descripción precedente, será evidente a una persona versada en la técnica que pueden hacerse diversas modificaciones dentro del ámbito de la invención.

Claims (30)

1. Un sistema de telecomunicaciones que comprende:

una primera unidad transmisora (20) para transmitir primeras señales a al menos una estación;

una segunda unidad transmisora (21) para transmitir segundas señales a al menos una estación;

una unidad receptora asociada a la primera unidad transmisora (20) para recibir las segundas señales, estando la unidad receptora dispuesta para determinar una diferencia de temporización de dichas señales primeras y segundas; caracterizado porque el sistema comprende adicionalmente:

una unidad de sincronización acoplada con la unidad receptora, estando la unidad de sincronización dispuesta para calcular una diferencia de temporización entre al menos una de las señales primeras y segundas y un reloj de referencia, en respuesta a la determinación de la diferencia de temporización de las señales primeras y segundas, y para generar una señal de control a al menos uno de los transmisores primero y segundo, para aumentar la sincronización de las señales primeras y segundas; en donde la unidad de sincronización está dispuesta para generar la señal de control si la corrección requerida para la sincronización entre las señales primeras y segundas supera un cierto umbral.

2. Un sistema de telecomunicaciones según la reivindicación 1, en el cual la unidad receptora está dispuesta para calcular una diferencia media entre la temporización de la primera unidad transmisora (20) y la segunda unidad transmisora (21).

3. Un sistema de telecomunicaciones según la reivindicación 1 o 2, en el cual la unidad receptora está dispuesta para transmitir la diferencia a dicha unidad de sincronización.

4. Un sistema de telecomunicaciones según la reivindicación precedente, en el cual las unidades transmisoras primera y segunda (20, 21) están dispuestas para ser sincronizadas en menos de 5 \mus.

5. Un sistema de telecomunicaciones en el cual dicha unidad de sincronización está dispuesta para sincronizar dichos transmisores primeros y segundos (20, 21) con un reloj de referencia.

6. Un sistema de telecomunicaciones según la reivindicación 5, en el cual dicho reloj de referencia está proporcionado por dicha unidad de sincronización.

7. Un sistema de telecomunicaciones según la reivindicación 5, en el cual dicho reloj de referencia es una señal de reloj de una de dichas unidades transmisoras primera y segunda (20, 21).

8. Un sistema de telecomunicaciones según la reivindicación 5, en el cual dicho reloj de referencia es el promedio de las señales de reloj de dichas unidades transmisoras primera y segunda (20, 21).

9. Un sistema de telecomunicaciones según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el cual la unidad de sincronización está dispuesta para generar dicha señal de control si la temporización de dichos transmisores primero y segundo (20, 21) difiere en al menos una magnitud predeterminada.

10. Un sistema de telecomunicaciones según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el cual dicha segunda unidad transmisora (21) también tiene una unidad receptora asociada a la misma, para recibir dichas primeras señales, estando dicha unidad receptora acoplada también con dicha unidad de sincronización.

11. Un sistema de telecomunicación según la reivindicación 10, en el cual la unidad de sincronización está dispuesta para promediar la diferencia en la temporización de las unidades transmisoras primera y segunda (20, 21), proporcionada por las unidades receptoras asociadas a las unidades transmisoras primera y segunda (20, 21), respectivamente.

12. Un sistema de telecomunicaciones según la reivindicación 9 u 11, en el cual dicho sistema comprende una tercera unidad transmisora (42) y una unidad receptora adicional asociada a la misma, en el cual cada una de las tres unidades receptoras determina la diferencia de las señales de temporización entre la unidad transmisora a la cual está asociada la unidad receptora, y cada una de las otras dos unidades transmisoras.

13. Un sistema de telecomunicaciones según la reivindicación 12, en el cual dicha unidad de sincronización está dispuesta para determinar la diferencia mínima de temporización entre dos unidades transmisoras, sobre la base de una comparación de la diferencia de temporización observada por la unidad receptora asociada a una de las dos unidades transmisoras (20), entre dichas unidades transmisoras y la suma de: la diferencia observada por la unidad receptora asociada a dicha unidad transmisora (20) entre dicha unidad transmisora y la tercera unidad transmisora (42); y la diferencia observada por la unidad receptora asociada a la tercera unidad transmisora (42) entre la tercera unidad transmisora (42) y la otra de las dos unidades transmisoras (21).

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14. Un sistema de telecomunicaciones según cualquier reivindicación precedente, adjuntada a la reivindicación 1, en el cual dicha unidad de sincronización está dispuesta para ajustar la diferencia de temporización determinada por dicha unidad receptora para tener en cuenta las posiciones relativas de dichas unidades transmisoras (20, 21).

15. Un sistema de telecomunicaciones según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el cual la unidad receptora, o al menos una de las unidades receptoras, está incorporada en la unidad transmisora (20, 21) a la cual está asociada la unidad receptora.

16. Un sistema de telecomunicaciones según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el cual las unidades transmisoras primera y segunda (20, 21) utilizan un procedimiento de acceso múltiple por división del tiempo, donde el tiempo se divide en una pluralidad de ranuras, y dichas unidades transmisoras primera y segunda transmiten señales a distintas estaciones en distintas ranuras temporales, estando dicha unidad de sincronización dispuesta para sincronizar esencialmente el comienzo de las ranuras temporales de las unidades transmisoras primera y segunda.

17. Un sistema de telecomunicaciones según la reivindicación 16, en el cual la frecuencia de las unidades transmisoras primera y segunda (20, 21) cambia entre las ranuras temporales.

18. Un sistema de telecomunicaciones según la reivindicación 16 o 18, en el cual n ranuras temporales están dispuestas en una trama, y cada trama tiene un número asociado.

19. Un sistema de telecomunicaciones según la reivindicación 18, en el cual las tramas con los mismos números de trama de dichas señales primera y segunda están sincronizadas.

20. Un sistema de telecomunicaciones según la reivindicación 18, en el cual las tramas con los mismos números de trama de dichas señales primera y segunda se solapan en el tiempo, pero el comienzo de dichas tramas no coincide.

21. Un sistema de telecomunicaciones según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, que comprende múltiples unidades transmisoras, estando dichas múltiples unidades transmisoras divididas en una pluralidad de grupos (43, 46), comprendiendo cada grupo una pluralidad de unidades transmisoras que están esencialmente sincronizadas con las otras unidades transmisoras en dicho grupo, y la pluralidad de grupos (43, 46) no están sincronizados entre sí.

22. Un sistema de telecomunicaciones según la reivindicación 21, en el cual cada grupo (43, 46) comprende tres o cuatro unidades transmisoras, sirviendo cada unidad transmisora a una única área de cobertura.

23. Un sistema de telecomunicaciones según la reivindicación 21, en el cual cada grupo comprende dos unidades transmisoras, sirviendo cada unidad transmisora a una pluralidad de áreas de cobertura.

24. Un sistema de telecomunicaciones según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el cual dicho sistema es una red de telecomunicaciones celulares inalámbricas.

25. Una red de telecomunicaciones según la reivindicación 24, en la cual la red celular inalámbrica es conforme al estándar GSM.

26. Un sistema de telecomunicaciones según la reivindicación 24 o 25, en el cual al menos una de dichas unidades transmisoras es una estación transceptora base.

27. Una red de telecomunicación según cualquiera de las reivindicaciones 24 a 26, en la cual la unidad de sincronización está incorporada en un controlador de estación base.

28. Un sistema de telecomunicaciones según cualquier reivindicación precedente, en el cual dicha unidad de sincronización está dispuesta para construir una matriz, en la cual cada elemento de dicha matriz representa la diferencia de temporización entre dos unidades transmisoras.

29. Un procedimiento para sincronizar un sistema de telecomunicaciones, que comprende:

transmitir primeras señales a al menos una estación móvil desde una primera unidad transmisora (20);

transmitir segundas señales a al menos una estación móvil desde una segunda unidad transmisora (21);

recibir las segundas señales en dicha primera unidad transmisora (20), estando la unidad receptora dispuesta para determinar una diferencia de temporización de dichas señales primeras y segundas; caracterizado por

en respuesta a la determinación de la diferencia de temporización de dichas señales primeras y segundas, calcular una diferencia de temporización entre al menos una de las señales primeras y segundas, y un reloj de referencia, y generar una señal de control a al menos una de las unidades transmisoras primera y segunda para aumentar la sincronización de las señales primeras y segundas;

en donde la unidad de sincronización está dispuesta para generar la señal de control si la corrección requerida para la sincronización entre las señales primeras y segundas supera un cierto umbral.

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30. Una estación para su uso en una red de telecomunicaciones, que comprende:

una unidad transmisora (20) para transmitir primeras señales a al menos un terminal;

una unidad receptora (21) para recibir segundas señales desde una segunda unidad transmisora, que está dispuesta para transmitir segundas señales a al menos un terminal, estando dicha unidad receptora dispuesta para determinar una diferencia de temporización entre dichas unidades transmisoras primera y segunda; caracterizada porque la estación comprende adicionalmente:

una unidad de control de temporización para controlar la temporización de dichas primeras señales, siendo dicha unidad de control controlable para reducir la diferencia de temporización entre dichas unidades transmisoras primera y segunda, en respuesta a una señal de control recibida desde una unidad de sincronización, estando la unidad de sincronización dispuesta para calcular una diferencia de temporización entre al menos una de las señales primeras y segundas, y un reloj de referencia, en respuesta a la determinación por la unidad receptora de la diferencia de temporización de las señales primeras y segundas y generar la señal de control;

en donde la unidad de sincronización está dispuesta para generar la señal de control si la corrección requerida para la sincronización entre las señales primeras y segundas supera un cierto umbral.