ES2363953A1 - Sistema y método para transmisión de datos en una red móvil de área amplia. - Google Patents
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Abstract
Método y sistema para transmisión de datos en una red móvil de área amplia que soporta tantos equipos de usuario MIMO como equipos de usuario no MIMO, que comprende:- asignar a una primera señal (6a) el tráfico de equipos de usuario no MIMO (9), un primer flujo de datos MIMO y un canal piloto primario;- asignar a una segunda señal (6b) un segundo flujo de datos MIMO y un canal piloto secundario;- transmitir la primera señal (6a) y la segunda señal (6b) con dos polarizaciones circulares ortogonales.
Description
Sistema y método para transmisión de datos en
una red móvil de área amplia.
La presente invención tiene su aplicación en el
sector de las telecomunicaciones y, especialmente, en el ámbito
industrial encargado de proporcionar redes de acceso radio (RAN, del
inglés "Radio Access Network") con elementos de
infraestructuras celulares tales como controladores de red radio
(RNC, del inglés "Radio Network Controller") y estaciones base
(nodos B, del inglés "nodes B") para sistemas de comunicaciones
inalámbricas.
Más específicamente, se refiere a sistemas de
comunicaciones inalámbricas que soportan tanto la variante MIMO como
no MIMO de las tecnologías HSDPA.
HSDPA (acceso de paquetes de alta velocidad en
enlace descendente, del inglés "Highspeed downlink packet
access") es un servicio de datos basado en paquetes en los
sistemas W-CDMA (acceso múltiple por división de
código de banda ancha, del inglés "Wideband code división múltiple
access") de 3ª generación, que proporciona transmisión de datos
a alta velocidad (con diferentes tasas de descarga según la etapa de
la tecnología HSDPA por ejemplo 7.2/10.8/16.2/21.6/28.8 Mbps sobre
un ancho de banda de 5 MHz) para soportar servicios multimedia.
Para alcanzar tasas de transmisión pico más
altas (28,8 Mbps con Release 99 de 3GPP), se usa la
característica MIMO (múltiples entradas y múltiples salidas, del
inglés "múltiple input múltiple output") en HSDPA, en la que se
implementan múltiples antenas tanto en la estación base (nodo B)
como en terminales móviles (UE: equipo de usuario, del inglés
"User Equipment").
La característica MIMO básica tal como se ha
normalizado en Release 7 de 3GPP se basa en dos antenas de
transmisor (en el nodo B) y dos antenas de receptor (en el UE) que
usan una portadora común. En el transmisor, los datos transmitidos
se dividen en 2 flujos de datos y se transmiten a través de las dos
antenas usando el mismo recurso de radio (el mismo tiempo, es decir,
intervalo de tiempo de transmisión y códigos HSDPA). Los dos flujos
de datos se recuperan por el UE a partir de las señales recibidas a
través de sus dos antenas (diversidad Rx). Así, la característica
MIMO necesita soporte en terminales con capacidad MIMO así como en
la red. Para desplegar MIMO y transmitir dos flujos de datos
paralelos, se requieren dos amplificadores de potencia por cada
sector (uno para cada una de las dos antenas). Para no usar una
portadora completa para MIMO sólo (5 Mhz), es más eficaz y práctico
usar la misma portadora que los dispositivos no MIMO, por ejemplo
terminales HSDPA legados para utilizar toda la capacidad
disponible.
La tecnología MIMO es una etapa importante en el
desarrollo de HSDPA, porque proporciona tasas de transmisión de
datos más altas en enlace descendente mientras que mejora
adicionalmente la eficacia del espectro.
Sin embargo, hay un inconveniente importante
como consecuencia de transmitir dos flujos de datos MIMO
independientes a través de dos canales independientes (por ejemplo,
usando dos polarizaciones lineales ortogonales). Un equipo de
usuario no MIMO ecualiza el canal escuchando una señal piloto
transmitida junto con sus datos, sin embargo a menos que se aplique
alguna medida especial, el dispositivo sólo puede ecualizar uno de
los canales (aquél sobre el que están transmitiéndose sus datos),
convirtiéndose el segundo flujo MIMO y el segundo canal piloto en
una interferencia perjudicial puesto que su efecto no se ecualiza ya
que se transmite a través de un canal independiente.
Existen algunas soluciones potenciales basadas
en diversidad de transmisión que pueden reducir el efecto de esta
interferencia, tal como STTD (diversidad de transmisión
espacio-temporal, del inglés "Space Time Transmit
Diversity") o CLTD (diversidad de transmisión de lazo cerrado,
del inglés "Closed-Loop Transmit Diversity") en
HSDPA. Sin embargo, no sólo son complejas en general desde una
perspectiva del sistema, porque implican restricciones importantes
para características futuras tales como portadora dual, sino que, lo
que es peor, en el caso especifico de HSDPA ninguna de ellas
soluciona completamente el problema debido a la falta observada de
soporte en terminales legados (es decir, equipos de usuario no
MIMO). Esto sigue un diseño de compromiso ampliamente conocido
adoptado por fabricantes de conjuntos de chips WCDMA para receptores
avanzados (aquéllos que usan un ecualizador), según el cual el
ecualizador se apaga cuando se usa diversidad de transmisión en el
sistema. Esto da como resultado una degradación inaceptable del
rendimiento del servicio para usuarios con terminales no MIMO.
Ensayos de campo llevados a cabo en el campo por operadores de redes
móviles han mostrado que la activación de STTD disminuye
significativamente el rendimiento de algunas categorías de
terminales HSDPA que ya se encuentran en el mercado (es decir,
aquéllos con receptores avanzados) cuando los terminales operan en
condiciones de radio tanto buenas como intermedias. Los rendimientos
en condiciones de radio buenas son precisamente aquéllos que
permiten alcanzar las tasas de transmisión pico más altas ofrecidas
por los operadores de redes móviles.
Por tanto, existe una necesidad de una solución
que permita la implantación de sistemas MIMO en una red con
terminales no MIMO coexistentes, sin empeorar el servicio recibido
por estos terminales legados.
La presente invención soluciona los problemas
anteriormente mencionados dando a conocer un sistema y un método que
permite a equipos de usuario no MIMO realizar una ecualización
correcta gracias al uso de dos polarizaciones circulares ortogonales
para los dos flujos de datos MIMO.
En un primer aspecto de la presente invención,
se da a conocer un método para transmitir datos en una red móvil de
área amplia con equipos de usuario MIMO y equipos de usuario no MIMO
coexistentes. La red proporciona al menos una portadora radio para
asignación de tráfico, portando la al menos una portadora radio una
primera señal y una segunda señal para poder soportar tráfico MIMO,
que comprende un primer flujo de datos MIMO asociado a un canal
piloto primario (por ejemplo canal piloto común, CPICH, en 3G) y un
segundo flujo de datos MIMO asociado a un canal piloto
secundario.
El método dado a conocer comprende:
- -
- asignar a la primera señal el tráfico de equipos de usuario no MIMO (por ejemplo HSDPA no MIMO, Release 99, CCH), el primer flujo de datos MIMO y el canal piloto primario;
- -
- asignar a la segunda señal el segundo flujo de datos MIMO y el canal piloto secundario;
- -
- transmitir la primera señal usando una primera polarización circular (circular hacia la izquierda LHC, del inglés "left-hand circular", o circular hacia la derecha RHC, del inglés "right-hand circular");
- -
- transmitir la segunda señal usando una segunda polarización circular que es ortogonal a la primera polarización circular (circular hacia la derecha RHC o circular hacia la izquierda LHC).
De este modo, ambas señales se someten a las
mismas modificaciones debido a la difracción y reflexión cuando las
recibe un terminal no MIMO, permitiendo la ecualización correcta del
canal, mientras que para terminales MIMO las señales conservan su
independencia usando polarizaciones ortogonales, pudiendo así
garantizar que, usando la presente invención, para terminales MIMO,
se conserva al menos el rendimiento de la red.
Preferiblemente, las polarizaciones circulares
anteriormente mencionadas se consiguen formando dos señales
combinadas, cada una de las cuales contiene ambas señales originales
(es decir, las señales primera y segunda), una de las cuales tiene
su fase desplazada 90º; y a continuación transmitiendo las señales
combinadas con dos polarizaciones lineales ortogonales, dando así
como resultado la transmisión de las señales originales con
polarización circular.
En otro aspecto de la presente invención, se da
a conocer un sistema que implementa el método descrito
comprendiendo:
- medios de asignación configurados para asignar
a la primera señal el tráfico de equipos de usuario no MIMO, el
primer flujo de datos MIMO y el canal piloto primario; y a la
segunda, el segundo flujo de datos MIMO y el canal piloto
secundario;
- medios de transmisión configurados para
transmitir cada señal con una polarización circular diferente,
siendo estas polarizaciones ortogonales para preservar la
independencia de los canales.
Para ayudar a entender las características de la
invención, según una realización práctica preferida de la misma y
para complementar esta descripción, se adjuntan las siguientes
figuras como parte integrante de la misma, teniendo un carácter
ilustrativo y no limitativo:
La figura 1 muestra un diagrama de una primera
realización preferida del método de la invención, que usa un
combinador híbrido de 90º.
La figura 2 muestra un diagrama de una segunda
realización preferida del método de la invención, que usa una
implementación especifica del bloque funcional de mapeo virtual de
antenas (del inglés, Virtual Antenna Mapping) como se describe en la
norma 3GPP para conseguir polarización circular.
Las cuestiones definidas en esta descripción
detallada se proporcionan para ayudar a entender de manera completa
la invención. Por consiguiente, los expertos en la técnica
reconocerán que pueden realizarse variaciones, cambios y
modificaciones de las realizaciones descritas en el presente
documento sin apartarse del alcance y el espíritu de la invención.
Además, se omite una descripción de funciones y elementos
ampliamente conocidos por motivos de claridad y concisión.
\newpage
Obsérvese que en este texto, el término
"comprende" y sus derivados (tales como "comprendiendo",
"que comprende", etc.) no deben entenderse en un sentido
excluyente, es decir, estos términos no deben interpretarse como que
excluyen la posibilidad de que lo que se describe y define pueda
incluir otros elementos, etapas, etc.
Las figuras 1 y 2 muestran dos realizaciones
preferidas diferentes del sistema de la invención, dependiendo de si
la formación de las señales combinadas 7a, 7b se realiza antes o
después de la amplificación introducida mediante dos amplificadores
de potencia (PA) 5.
En la figura 1, el tráfico de los UE MIMO 8 y el
tráfico de los UE no MIMO 9 se asignan a una primera señal 6a y una
segunda señal 6b mediante los medios de asignación 1. Después de
esta asignación, la primera señal 6a comprende:
- tráfico no MIMO (por ejemplo HSDPA, Rel
99, etc.)
- primer flujo MIMO
- CPICH primario
mientras que la segunda señal 6b comprende:
- segundo flujo MIMO
- CPICH secundario
Esta primera señal 6a y segunda señal 6b se
transmiten con polarizaciones circulares ortogonales mediante los
medios de transmisión 2, que comprenden dos PA 5, medios de
combinación 3, 3' y una antena de polarización cruzada 4.
Para polarizar de manera circular la primera
señal 6a y la segunda señal 6b, se combinan mediante los medios de
combinación 3, 3', formando así dos señales combinadas (primera
señal combinada 7a y segunda señal combinada 7b). La primera señal
combinada 7a comprende la primera señal 6a más la segunda señal 6b
con un desplazamiento de fase de 90º, mientras que la segunda señal
combinada 7b comprende la primera señal 6a con un desplazamiento de
fase de 90º más la segunda señal 6b. Es un punto clave garantizar
que cualquier elemento adicional ubicado entre los medios de
combinación 3, 3' y la antena 4 conserva la fase relativa entre la
primera señal combinada 7a y la segunda señal combinada 7b.
Como resultado, la primera señal combinada 7a
comprende:
- tráfico no MIMO
- primer flujo MIMO
- CPICH primario
- segundo flujo MIMO (desplazado 90º)
- CPICH secundario (desplazado 90º)
y la segunda señal combinada 7b comprende:
- tráfico no MIMO (desplazado 90º)
- primer flujo MIMO (desplazado 90º)
- CPICH primario (desplazado 90º)
- segundo flujo MIMO
- CPICH secundario
Transmitiendo la primera señal combinada 7a
mediante la antena de polarización cruzada con una primera
polarización lineal, y la segunda señal combinada 7b con una segunda
polarización lineal, ortogonal a la primera polarización lineal, la
suma de las dos transmisiones da como resultado la transmisión de la
primera señal 6a y la segunda señal 6b con dos polarizaciones
circulares ortogonales (es decir, transmitiéndose la primera señal
6a con polarización circular hacia la izquierda, LHC, y la segunda
señal 6b con polarización circular hacia la derecha, RHC, o
viceversa, dependiendo del signo del desplazamiento).
\newpage
Para entender mejor cómo se produce la
polarización circular, a continuación se proporciona la explicación
que justifica la metodología propuesta.
Puesto que un campo eléctrico (\vec{E}) se
transmite por dos redes de antenas ortogonales con polarizaciones
lineales (por ejemplo, +45º, -45º), puede expresarse como la
combinación de dos vectores ortogonales (Ex y Ey):
\vec{E} =
(Ex,
Ey)
donde
- Ex=Eo\cdotcos(wt+\varphi)
- (red de antenas +45º)
- Ey=Eo\cdotcos(wt+\varphi)
- (red de antenas -45º)
donde Eo es la amplitud del campo eléctrico, w
es la frecuencia, \varphi es la fase de Ex y Ey.
\vskip1.000000\baselineskip
Como se indicó anteriormente, la invención
propone tener una de las componentes desplazada 90º, dando las
fórmulas anteriores como resultado (en caso de desplazar Ey):
- Ex=Eo\cdotcos(wt+\varphi)
- (red de antenas +45º)
- \quad
- Ey=Eo\cdotcos(wt+pi/2+\varphi)
o, de manera
equivalente
- Ey=Eo\cdotsen(wt+\varphi)
- (red de antenas -45º)
\vskip1.000000\baselineskip
Si las dos componentes se representan en un
plano, la variación de \vec{E} en el plano xy respecto al tiempo,
que es en realidad la polarización \vec{E}, representa una
circunferencia. Se obtiene polarización LHC o RHC dependiendo de la
red de antenas en la que se introduce el desplazamiento de fase de
90º.
Así se transmiten tráfico no MIMO, ambos flujos
MIMO y el CPICH primario y secundario a través de ambas antenas y
con los desplazamientos de fase necesarios para producir
polarización circular. Por tanto, independientemente de la fase
introducida, un terminal no MIMO considera ambas señales como
sometidas a las mismas transformaciones antes de su recepción por el
UE. Por tanto, la segunda señal MIMO no se convierte en una
interferencia perjudicial porque se transmite a través del mismo
canal, y se mantiene la ortogonalidad con respecto a las otras
señales no MIMO.
Por otro lado, el uso de polarización circular
LHC y polarización circular RHC permite que un UE MIMO reciba los
dos flujos MIMO a través de canales independientes puesto que son
polarizaciones ortogonales, decodificando cada flujo MIMO de manea
independiente.
De este modo se presentan dos implementaciones
alternativas para los medios de combinación 3, 3':
- un combinador híbrido de 90º 3 (figura 1), que
combina las señales primera y segunda después de su amplificación
mediante los PA 5. La combinación se realiza por tanto a un nivel
físico.
- medios de mapeo virtual de antenas 3' (figura
2), que combinan las señales primera y segunda a un nivel lógico,
antes de convertir los datos en señales eléctricas y antes de su
amplificación mediante los PA 5.
Claims (6)
-
\global\parskip0.950000\baselineskip
1. Método para transmisión de datos en una red móvil de área amplia que proporciona al menos una portadora radio para asignar tráfico de equipos de usuario MIMO y equipos de usuario no MIMO coexistentes, donde la al menos una portadora radio porta una primera señal (6a) y una segunda señal (6b), y el tráfico de equipos de usuario MIMO (8) comprende un primer flujo de datos MIMO asociado a un canal piloto primario y un segundo flujo de datos MIMO asociado a un canal piloto secundario,caracterizado porque el método comprende:(i) asignar a la primera señal (6a) el tráfico de equipos de usuario no MIMO (9), el primer flujo de datos MIMO y el canal piloto primario;(ii) asignar a la segunda señal (6b) el segundo flujo de datos MIMO y el canal piloto secundario;(iii) transmitir la primera señal (6a) usando una primera polarización circular;(iv) transmitir la segunda señal (6b) usando una segunda polarización circular, donde la segunda polarización circular es ortogonal a la primera polarización circular.\vskip1.000000\baselineskip
- 2. Método según la reivindicación 1, caracterizado porque las etapas (iii) y (iv) comprenden:- formar una primera señal combinada (7a) que comprende la primera señal (6a) más la segunda señal (6b), teniendo la segunda señal (6b) un desplazamiento de fase de 90º;- formar una segunda señal combinada (7b) que comprende la primera señal (6a) más la segunda señal (6b), teniendo la primera señal (6a) un desplazamiento de fase de 90º;- transmitir la primera señal combinada (7a) con una primera polarización lineal y la segunda señal combinada (7b) con una segunda polarización lineal, donde la segunda polarización lineal es ortogonal a la primera polarización lineal.
\vskip1.000000\baselineskip
- 3. Sistema para transmisión de datos en una red móvil de área amplia que proporciona al menos una portadora radio para asignar tráfico de equipos de usuario MIMO y equipos de usuario no MIMO coexistentes, en el que la al menos una portadora radio porta una primera señal (6a) y una segunda señal (6b), y el tráfico de equipos de usuario MIMO (8) comprende un primer flujo de datos MIMO asociado a un canal piloto primario y un segundo flujo de datos MIMO asociado a un canal piloto secundario, en el que el sistema comprende:- medios de asignación (1) configurados para asignar a la primera señal (6a) el tráfico de equipos de usuario no MIMO (9), el primer flujo de datos MIMO y el canal piloto primario; y para asignar a la segunda señal (6b) el segundo flujo de datos MIMO y el canal piloto secundario;- medios de transmisión (2) configurados para transmitir la primera señal (6a) con una primera polarización circular; y para transmitir la segunda señal (6b) con una segunda polarización circular, donde la segunda polarización circular es ortogonal a la primera polarización circular.
\vskip1.000000\baselineskip
- 4. Sistema según la reivindicación 3, caracterizado porque los medios de transmisión (2) comprenden:- medios de combinación (3, 3') configurados para formar:
- -
- una primera señal combinada (7a) que comprende la primera señal (6a) más la segunda señal (6b), teniendo la segunda señal (6b) un desplazamiento de fase de 90º;
- -
- una segunda señal combinada (7b) que comprende la primera señal (6a) más la segunda señal (6b), teniendo la primera señal (6a) un desplazamiento de fase de 90º;
- -
- una antena de polarización cruzada (4) configurada para transmitir la primera señal combinada (7a) con una primera polarización lineal y la segunda señal combinada (7b) con una segunda polarización lineal, en el que la segunda polarización lineal es ortogonal a la primera polarización lineal.
\vskip1.000000\baselineskip
- 5. Sistema según la reivindicación 4, caracterizado porque los medios de combinación son un combinador híbrido de 90º (3) cuyas entradas son la primera señal (6a) y la segunda señal (6b) y cuyas salidas son la primera señal combinada (7a) y la segunda señal combinada (7b), y porque los medios de transmisión (2) comprenden dos amplificadores de potencia (5) que están configurados para amplificar la primera señal (6a) y la segunda señal (6b).
\global\parskip1.000000\baselineskip
- 6. Sistema según la reivindicación 4, caracterizado porque los medios de combinación son medios de mapeo virtual de antenas (3') cuyas entradas son la primera señal (6a) y la segunda señal (6b) y cuyas salidas son la primera señal combinada (7a) y la segunda señal combinada (7b), y porque los medios de transmisión (2) comprenden dos amplificadores de potencia (5) que están configurados para amplificar la primera señal combinada (7a) y la segunda señal combinada (7b).
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US20110080970A1 (en) | 2011-04-07 |
| EP2282414A3 (en) | 2014-06-11 |
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Legal Events
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