ES2606582T3 - Método y disposición para el control de polarización en un sistema de comunicaciones - Google Patents

Abstract

Un método para controlar el estado de polarización de señales que se han de transmitir desde un nodo de estación base de radio con capacidades MIMO a una pluralidad de equipos de usuario, comprendiendo dicho nodo de estación base de radio una unidad de pre-codificador que conecta unos puertos primero y segundo de antena virtual a unos respectivos puertos primero y segundo de antena de transmisión, comprendiendo dicho método: transmitir un canal piloto común primario (P-CPICH) solo por el primer puerto de antena virtual; controlar (S10) una fase relativa entre señales transmitidas desde dicho primer puerto de antena de transmisión y dicho segundo puerto de antena de transmisión para proporcionar un par predeterminado de estados ortogonales de polarización para señales transmitidas por dichos puertos primero y segundo de antena virtual; intercambiar (S20) los estados de polarización de señales que se han de transmitir desde dichos puertos primero y segundo de antena virtual, para proporcionar señales polarizadas transmitidas con estados de polarización alternantes.

Description

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descripcion

Metodo y disposicion para el control de polarizacion en un sistema de comunicaciones Campo teonioo

La presente descripcion se refiere a sistemas de comunicacion en general y especificamente al control del estado de polarizacion para senales de transmision en tales sistemas.

Anteoedentes

La introduccion de capacidades MIMO en redes WCDMA/HSPA existentes es un paso importante en la evolucion de la tecnologia hacia mayores tasas de bits y eficiencia espectral. Con MIMO se necesitan usar al menos dos antenas de transmision dentro de la misma celula. Sin embargo, la introduccion de un segundo puerto de antena de transmision tiene una influencia negativa para equipo de usuario (UE) heredado para el que las senales transmitidas en el segundo puerto de antena aparecera como interferencia, como se ilustra en la figura 1. Idealmente, ya que las senales de segundo puerto de antena, tales como los S-CPICH y las corrientes MIMO, se transmiten con codigos de canalizacion que son ortogonales a las utilizadas para los usuarios heredados, esta interferencia sera totalmente ortogonal y por lo tanto suprimida completamente. Sin embargo, la ortogonalidad de los codigos solo se garantiza cuando los codigos se transmiten a traves de canales no dispersivos, que normalmente no es el caso. Ni siquiera un receptor MMSE del estado del arte sera capaz de suprimir completamente esta interferencia. Asi, la presencia de un piloto S-CPICH o trafico MIMO en la celula puede tener consecuencias negativas para la calidad percibida de comunicacion para un UE que esta desmodulando informacion solo desde el puerto de antena 1, denominado en lo sucesivo usuario heredado.

El documento US 2007/268193 divulga un dispositivo de antena para una estacion base de radio en un sistema de telefonia celular que comprende unas conexiones de entrada primera y segunda para unas corrientes de datos primera y segunda, y unos formadores de polarizacion primero y segundo, uno para cada corriente de datos. El dispositivo tambien incluye unas antenas primera y segunda de una respectiva polarizacion y con un respectivo amplificador. Adicionalmente, el dispositivo incluye unos combinadores primero y segundo para posibilitar la combinacion de las salidas procedentes de cada formador de polarizacion como entradas a cada antena.

La solicitud de patente de EE.UU. publicada 2008/0240279 A1 divulga un metodo y un dispositivo para operar interfaces aereas MIMO en sistemas de comunicaciones moviles. Una senal de radio se transmite mediante un dispositivo de transmision por mediacion de un canal MIMO que comprende un cierto numero de m sub-canales y se recibe mediante un dispositivo de recepcion que tiene n antenas. La invencion se basa en el hecho de que se asignan diferentes polarizaciones a las senales que se han de transmitir por los sub-canales, y las senales se suministran a una antena comun.

Por lo tanto, existe necesidad de metodos y disposiciones para la reduccion de la interferencia para equipo de usuario heredado en un sistema de comunicacion con capacidades MIMO.

Sumario

Es un objeto obviar al menos algunas de las desventajas anteriores y proporcionar una estacion base de radio mejorada. Este objeto se resuelve mediante las reivindicaciones adjuntas.

Un aspecto de la presente divulgacion incluye un metodo para controlar el estado de polarizacion de senales de equipo de usuario heredado a transmitir desde un nodo de estacion base de radio con capacidades MIMO a una pluralidad de equipos de usuario que comprende equipo de usuario heredado, cuyo nodo de estacion base de radio comprende una unidad de pre-codificador que conecta unos puertos primero y segundo de antena virtual a unos respectivos puertos primero y segundo de antena de transmision. El metodo incluye controlar, para senales heredadas transmitidas en los puertos primero y segundo de antena virtual, una fase relativa entre senales heredadas a transmitir desde el primer puerto de antena de transmision y el segundo puerto de antena de transmision para proporcionar un estado de polarizacion para dichas senales heredadas a transmitir desde el primer puerto de antena de transmision y el segundo puerto de antena de transmision de entre un par predeterminado de estados de polarizacion ortogonales, e intercambiar el estado de polarizacion de las senales heredadas transmitidas por los puertos primero y segundo de antena virtual, para proporcionar senales heredadas transmitidas desde el primer puerto de antena de transmision y el segundo puerto de antena con estados de polarizacion alternantes.

Un segundo aspecto de la presente divulgacion incluye un nodo de estacion base de radio con capacidades MIMO que comprende una unidad de pre-codificador que conecta unos puertos primero y segundo de antena virtual a unos respectivos puertos primero y segundo de antena de transmision para la transmision de senales a una pluralidad de equipos de usuario que comprenden equipo de usuario heredado. El nodo de estacion base de radio comprende ademas un controlador configurado para controlar, para senales heredadas transmitidas por los puertos primero y segundo de antena virtual, una fase relativa entre senales heredadas a transmitir desde el primer puerto de antena

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de transmision y el segundo puerto de antena de transmision para proporcionar un estado de polarizacion para dichas senales heredadas a transmitir desde el primer puerto de antena de transmision y el segundo puerto de antena de entre un par predeterminado de estados de polarizacion ortogonales. Ademas, el nodo de estacion base de radio comprende un conmutador de polarizacion configurado para intercambiar los estados de polarizacion de las senales heredadas a transmitir desde los puertos primero y segundo de antena de transmision, para las senales heredadas transmitidas por los puertos primero y segundo de antena de virtual, para proporcionar senales heredadas transmitidas desde el primer puerto de antena de transmision y el segundo puerto de antena de transmision con estados de polarizacion alternantes.

Una ventaja de la invencion es que el uso de una polarizacion vertical o una polarizacion horizontal para el puerto de antena (virtual) 1 dara lugar a una cierta supresion de la interferencia que un UE heredado experimenta a partir de transmisiones por el puerto de antena 2. Se espera que la ganancia practica procedente de esta supresion sea del orden de 1-2 dB. La invencion puede asi usarse para facilitar la introduccion de la capacidad MIMO en la red HSPA, ya que las consecuencias negativas de tal introduccion para los UE heredados se pueden reducir.

Otra ventaja de implementar la invencion es que tambien permite la coordinacion de la polarizacion de transmision entre celulas, lo que puede dar mayores ganancias en la supresion de la interferencia entre celulas.

Breve desoripoion de Ios dibujos

La invencion, junto con otros objetos y ventajas de la misma, se puede entender mejor haciendo referencia a la siguiente descripcion tomada junto con los dibujos que se acompanan, en los que:

la figura 1 es una ilustracion esquematica de un sistema en el que se pueden implementar las realizaciones de la presente divulgacion;

la figura 2 es un diagrama de flujo esquematico de una realizacion de un metodo de acuerdo con la presente invencion;

la figura 3 es una ilustracion esquematica de una realizacion de un metodo de acuerdo con la presente divulgacion;

la figura 4 es una ilustracion esquematica de una realizacion de un nodo de estacion base de radio de acuerdo con la presente invencion;

la figura 5 es una ilustracion esquematica de un nodo de estacion base de radio conocido;

la figura 6 es una ilustracion esquematica de una realizacion de un nodo de acuerdo con la presente divulgacion;

la figura 7 ilustra una red de comunicacion general en el que se pueden implementar realizaciones de la presente

divulgacion.

Abreviaturas

CQI

Indicador de calidad de canal

HP

Polarizacion horizontal

HSPA

Acceso de paquetes de alta velocidad

HS-PDSCH

Canal fisico compartido de enlace descendente de alta velocidad

LHCP

Polarizacion circular izquierda

MIMO

Multiple entrada multiple salida

P-CPICH

Canal piloto comun primario

RBS

Estacion base de radio

RHCP

Polarizacion circular derecha

RNC

Controlador de red de radio

S-CPICH

Canal piloto comun secundario

UE

Equipo de usuario

VP

Polarizacion vertical

WCDMA

Acceso multiple por division de codigo de banda ancha

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Desoripoion detallada

En todos los dibujos, los mismos numeros de referenda se utilizan para elementos similares o correspondientes. Aunque la presente descripcion se ocupa principalmente de y describe el caso de estados de polarizacion vertical y horizontal, la misma metodologia se puede aplicar asimismo a otros estados de polarizacion ortogonal sin apartarse del objetivo principal de la divulgacion.

Un reciente desarrollo para el equilibrio de potencia entre amplificadores de potencia asociados con cada una de dos antenas de transmision en equipo con capacidades MIMO en sistemas WCDMA/HSPA, y para posibilitar que UE heredados se beneficien de la potencia total disponible implica la introduccion de un pre-codificador comun (vease la figura 5). El pre-codificador distribuye cada senal a transmitir con la misma amplitud a los dos amplificadores de potencia. Cuando se utiliza en combinacion con una antena de transmision de polarizacion cruzada, esto dara lugar a una polarizacion transmitida que es una combinacion lineal de las dos polarizaciones de antena. Un desfase entre las dos ramas de antena, ya sea que se produce en los transmisores, los alimentadores, o en las antenas, afectara a la polarizacion final que se transmite. Como ejemplo, para una antena polarizada +45/-45 con desfase de 0° entre las ramas, un pre-codificador comun en la forma a continuacion en la ecuacion 0:

imagen1

(Ec. 0)

dara lugar a transmisiones desde el puerto de antena 1 tales como los datos HS o P-CPICH que sea de polarizacion circular izquierda (LHCP). Un desfase de 180° da lugar a polarizacion circular derecha (RHCP), mientras que 90° y 270° daran lugar a polarizacion vertical (VP) y polarizacion horizontal (HP), respectivamente. En cada caso, las transmisiones desde el puerto de antena 2, tales como el S-CPICH, siempre se transmitiran desde una polarizacion ortogonal al puerto de antena 1.

De acuerdo con otro desarrollo reciente, la interferencia entre diferentes usuarios se ha abordado mediante la utilizacion de la polarizacion como un medio para reducir la interferencia entre usuarios. Este objetivo se logra a traves de la planificacion de transmisiones a multiples usuarios en polarizaciones particulares cuya ortogonalidad esencialmente se mantuvo tambien despues de la propagacion a traves del canal de radio inalambrico. En condiciones de visibilidad de falta de linea, las polarizaciones vertical y horizontal cumplen este criterio de mantenimiento de los elementos de la ortogonalidad y por lo tanto es preferible usarlos. Mediante la identificacion de los dispositivos de usuario con una preferencia por la polarizacion vertical u horizontal, es posible emparejar dichos usuarios para una planificacion simultanea, lo que resulta en menos interferencia entre estos usuarios.

Sobre la base de la tecnica anterior y las propiedades anteriormente discutidas, los inventores han identificado un metodo y una disposicion beneficiosos para la mejora de la situacion de interferencia para los usuarios existentes en un sistema MlMO que utiliza un pre-codificador comun. Basicamente, esto se logra mediante el control de la polarizacion de las senales a transmitir desde los puertos de antena virtual del pre-codificador comun de tal manera que las senales tienen uno de dos estados de polarizacion beneficiosos, por ejemplo que estan polarizadas principalmente vertical u horizontalmente. Junto con el conocimiento de estados de polarizacion preferidos para equipo de usuario en el sistema, es posible planificar usuarios durante periodos de polarizacion correspondiente de las senales.

Una realizacion basica de la presente descripcion tiene por objeto ajustar S10 la fase relativa entre las ramas del transmisor de tal manera que el puerto de antena 1, en el que se transmite datos HS heredados y P-CPICH, y el puerto de antena 2, sobre el que se transmite S-CPICH, son cada uno transmitidos con una polarizacion ya sea vertical u horizontal. Con el fin de beneficiar a ambos UE con una preferencia por cualquiera de VP o HP, los puertos de antena o al menos la polarizacion de los respectivos puertos de antena se intercambian S20, en tiempo o frecuencia. En resumen, los puertos de antena se intercambian (o equivalentemente, un desfase adicional de 180°) en tiempo o en frecuencia de tal manera que se puede hacer que todos los UE heredados que experimentan una preferencia por una de las dos polarizaciones se beneficien de un aumento de la supresion del S-CPICH y la interferencia asociada del puerto de antena 2. De manera mas elaborada, los UE que tienen una preferencia por la VP se pueden planificar en tiempos o en frecuencias en los que el puerto de antena 1 esta mapeado a VP ganando mediante ello una ganancia de diversidad adicional, asi como una mejor supresion de las transmisiones de HP desde el puerto de antena 2. Los UE con una preferencia por HP pueden en cambio ser planificados durante los tiempos o en las frecuencias en los que el puerto de antena 1 esta mapeado a HP.

Como las polarizaciones vertical y horizontal se mantienen en mayor medida que otras polarizaciones durante la propagacion a traves del medio ambiente, se puede lograr una cierta mejora en la relacion senal a interferencia en el receptor. Aunque la realizacion se ha descrito con relacion a la polarizacion vertical y horizontal, el mismo metodo puede aplicarse a cualquier tipo de polarizacion ortogonal.

Con referencia a la figura 2, se describira una realizacion de un metodo de control de los estados de polarizacion de

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senales a transmitir desde un nodo de estacion base de radio con capacidades MIMO de acuerdo con la presente invencion. La estacion base de radio incluye una unidad de pre-codificador comun, que conecta unos puertos primero y segundo de antena virtual a unos respectivos puertos primero y segundo de antena de transmision, a traves de un respectivo amplificador de potencia. Durante el funcionamiento la fase relativa o diferencia de fase entre las senales transmitidas desde los puertos primero y segundo de antena de transmision se controla S10 para proporcionar un par predeterminado de estados de polarizacion ortogonales para las senales transmitidas en los puertos primero y segundo de antena virtual. Ademas, los estados de polarizacion de los puertos de antena virtual se intercambian periodicamente S20 para proporcionar senales polarizadas transmitidas con estados de polarizacion alternantes. Al hacer esto, el equipo de usuario heredado con preferencia a uno u otro de los estados de polarizacion predeterminados se beneficia de la reduccion de la interferencia.

A modo de ejemplo, la figura 3 ilustra como los estados de polarizacion se intercambian S20. Las flechas ilustran la polarizacion vertical y la polarizacion horizontal en determinados periodos o intervalos de tiempo en las dos antenas respectivamente. La misma ilustracion podria servir para mostrar un correspondiente intercambio entre RHCP y LHCP, u otros estados de polarizacion ortogonales.

Para permitir una vision mas detallada de los beneficios de la presente descripcion, se describiran a continuacion algunos detalles sobre HSPA y la polarizacion.

Un nodo de estacion base de radio HSPA tipicamente transmite una senal piloto, el P-CPICH, que los UE pueden utilizar para estimar el canal y por lo tanto demodular el trafico de datos (por ejemplo el canal de HS-PDSCH). Cuando la estacion base de radio se configura para la transmision MIMO, se necesita transmitir una segunda senal piloto, el S-CPICH, desde la segunda antena con el fin de permitir que los UE con capacidades MIMO realicen la estimacion de canal y demodular transmisiones MIMO. El uso de un pre-codificador comun para equilibrar la utilizacion de la energia de los UE heredados (sin capacidades MIMO) en los dos amplificadores de potencia (AP) de una estacion base con capacidades MIMO se ha descrito previamente. En resumen, un pre-codificador comun se aplica antes de los amplificadores de potencia con el fin de proporcionar equilibrio de potencia para senales MIMO, asi como SISO. Al excluir dos pesos de pre-codificacion MIMO, se logra el equilibrio de potencia tambien para senales MIMO de corriente unica. La figura 5 ilustra el funcionamiento de un pre-codificador comun asi como la manera en que los canales piloto y de datos son mapeados a las antenas.

Como se menciono anteriormente, un inconveniente de la introduccion de una segunda antena de transmision es que los UE heredados sufriran de interferencia del trafico piloto y de datos que se transmite desde la segunda antena. WCDMA y HSPA utilizan codigos de distribucion ortogonal para los diferentes canales, tales como P-CPICH, S- CPICH, HS-PDSCH, etc, asi como para diferentes usuarios concurrentes. De este modo, idealmente, el trafico de datos S-CPICH y MIMO sera totalmente ortogonal a la senal deseada, por ejemplo HS-PDSCH para los usuarios heredados. En un canal dispersivo en el tiempo, la ortogonalidad entre los codigos se degrada, llevando a la interferencia entre las senales. Un receptor de UE del estado de la tecnica puede, en cierta medida, compensar esta degradacion mediante la ecualizacion del canal, por ejemplo mediante el uso de un receptor MMSE lineal. Sin embargo, cuando algunas de las senales se transmiten a traves de un canal diferente, como es el caso de las senales transmitidas desde la antena 2, el receptor MMSE sera menos eficaz en la supresion de la interferencia. La degradacion del rendimiento de UE heredado al que esto conduce se ha observado en la practica y anade una solucion de compromiso indeseable entre las ganancias para posibilitar MIMO y las perdidas experimentadas por los UE heredados. Por tanto, es deseable minimizar el impacto de la interferencia del trafico de S-CPICH y MIMO.

Una posible manera de reducir la interferencia del S-CPICH es utilizar el hecho de que el pre-codificador comun en combinacion con una antena de doble polarizacion, en esencia, cambia las polarizaciones a las que se mapean los puertos de antena. Matematicamente, la polarizacion de una onda plana que se propaga en la direccion z puede ser descrita usando un vector unitario complejo p como sigue en la ecuacion 1:

imagen2

(Ec. 1)

Aquf x e y son vectores unitarios cartesianos. Para una onda con polarizacion vertical (el vector de campo electrico

A A

esta oscilando a lo largo del eje y), Pv - PyV (px = 0) para una onda con polarizacion horizontal, Ph ~ Pxx, (py = 0). Un onda lineal oblicua, polarizada +45 grados, tiene px = py, mientras que una onda polarizada -45 grados tiene px = -py. Por ultimo, la polarizacion circular (el vector de campo electrico esta girando en el plano x-y) se produce cuando las dos componentes estan fuera de fase 90 grados, por ejemplo, px = ipy para polarizacion circular izquierda (LHCP) y px = -ipy para circular derecha.

La polarizacion de la superposicion de una senal transmitida con una amplitud compleja a desde una antena polarizada +45 y una amplitud compleja b desde una antena polarizada -45 se muestra en la ecuacion 2:

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imagen3

(Ec. 2)

El pre-codificador comun anteriormente mencionado mapea los datos P-CPICH y HS a los dos puertos de antena

con amplitudes complejas a = ^ — */'. En ausencia de cualquier desfase adicional, se puede demostrar

que esto da como resultado la polarizacion circular en la ecuacion 3:

imagen4

(Ec. 3)

Como se menciono anteriormente, la introduccion de un desfase ei9 sobre una de las ramas despues del pre- codificador comun (el desfase puede ser o bien intencionadamente a traves de una multiplicacion compleja en la banda base o bien no intencionadamente a traves de falta de calibracion, deriva de fase, diferencias de antena, o incluso una combinacion de los dos) crea una nueva polarizacion eficaz, vease la ecuacion 4 a continuacion.

imagen5

(Ec. 4)

De lo anterior es evidente que el ajuste del desfase a, por ejemplo, +90° o -90° da VP o HP, respectivamente, mientras que 0° o 180° da LHCP o RHCP. Otros desfases daran lugar a una polarizacion eliptica. (Un desfase antes del pre-codificador comun no va a cambiar la polarizacion de los puertos de antena virtual 1 o 2, a pesar de que va a cambiar la polarizacion eficaz de las corrientes MIMO pre-codificadas).

Se observa entonces por los inventores que mediante el control del desfase es posible controlar la polarizacion efectiva del primer puerto de antena virtual (en el que se transmite el P-CPICH y los datos HS). Hay que tener en cuenta que el segundo puerto de antena virtual siempre dara lugar a una polarizacion que es ortogonal a la del primer puerto de antena virtual. Esto es a partir de que el pre-codificador comun representa un mapeo unitario que mantiene la ortogonalidad de los dos puertos de entrada. En consecuencia, la polarizacion eficaz de los dos puertos de antena virtual puede ser controlada mediante el control del desfase.

Investigaciones experimentales han demostrado que la polarizacion optima es VP para algunos UE y HP para otros UE. Esto se puede entender a partir de la siguiente argumentacion:

La polarizacion de un cierto UE es una funcion del diseno de la antena, la orientacion, la interaccion del usuario, etc., y puede a todos los efectos ser considerado como bastante aleatorio. Sin embargo, se ha observado que las ondas de radio polarizadas vertical y horizontalmente mantienen su polarizacion en gran medida cuando se propagan a traves de un entorno tipico. Si un cierto UE tiene una polarizacion mas vertical que horizontal, recibira por consiguiente senales transmitidas desde una antena de polarizacion vertical con mas potencia que senales transmitidas desde una antena de polarizacion horizontal. Este no es el caso si las senales se transmiten desde un par de antenas cuyas polarizaciones tienen proyecciones de magnitud igual en la polarizacion vertical y horizontal. Ejemplos de este tipo de antenas son polarizada linealmente inclinada +45/-45 o polarizada circularmente izquierda/derecha.

Un aspecto de la presente descripcion es entonces ajustar S10 un desfase entre las dos salidas del pre-codificador comun de tal manera que las polarizaciones eficaces resultantes a las que se mapean los puertos de antena virtual proporcionan la mejor separacion de puerto de antena en el o los UE. Como se menciono anteriormente, esto se logra a menudo por VP y HP. Por lo tanto, utilizaremos el supuesto de grado optimo de VP/HP en el resto de la descripcion, pero sin limitar el alcance de la invencion.

Para un UE heredado con mas sensibilidad a VP que a HP sera beneficioso por tanto transmitir el puerto de antena 1 en VP ya que esto reduce la interferencia desde el puerto de antena con polarizacion horizontal 2. Otro UE heredado que puede ser mas sensibles a HP que a VP se beneficiara en cambio de que el puerto de antena 1 se

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mapee a HP. Las ganancias de tal optimizacion por UE han sido evaluadas a partir de datos experimentales y ahi se ha encontrado que la relacion senal a interferencia (SIR) puede mejorar entre un 1-2 dB cuando se selecciona el mejor de VP y HP, y hasta 5 dB con la optimizacion instantanea. Sin embargo, hay que senalar que, para una polarizacion dada, por ejemplo VP, los usuarios con una preferencia por HP experimentaran en cambio una perdida de SIR de magnitud similar.

Un reto es que los pesos del pre-codificador comun y las necesidades de desfase asociadas sean comunes para todos los usuarios en la celula ya que la senal piloto comun (P-CPICH) de celula y los datos (HS-PDSCH) deben ser transmitidos por el mismo canal (de lo contrario las estimaciones de canal utilizadas por los UE en la demodulacion seran erroneas). Cuando en un instante se planifica un unico usuario, esto no es un problema, pero es imposible optimizar simultaneamente la polarizacion de transmision para dos usuarios que tienen preferencias VP/HP opuestas. En consecuencia, de acuerdo con una realizacion adicional, los puertos de antena se intercambian periodicamente S20, ya sea intercambiando realmente los puertos de antena o mediante la introduccion de un desfase de 180. Mediante ello, el equipo de usuario con una preferencia hacia uno o el otro estado de polarizacion se beneficiara periodicamente de la reduccion de interferencias.

Cambiar ciclicamente entre estados de polarizacion, por ejemplo VP y HP, puede lograrse intercambiando S20 los estados de polarizacion de los puertos de antena virtual mediante la adaptacion de la fase relativa entre las senales transmitidas. Este ciclo de la polarizacion de transmision se puede hacer en el tiempo, ya sea con intervalos de tiempo regulares de igual longitud, o, en el caso de que la mayoria de los UE prefieran una polarizacion particular, a intervalos de tiempo no iguales. Una variante adicional consiste en basar el ciclo en desencadenantes de evento predeterminados, tales como cuando la tendencia general de los UE en la celula cambia de una polarizacion a la otra debido a la llegada de nuevos UE. Hay dos maneras de cambiar el mapeo desde antena virtual hasta polarizacion fisica: o bien el desfase se incrementa +180° o -180°, o bien las salidas del pre-codificador comun se intercambian entre si. La primera opcion resulta del hecho de que un desfase de 90° da la polarizacion vertical, mientras que -90° da la polarizacion horizontal. El cambio ciclico de la polarizacion de transmision dara una ganancia en caso de que los UE se planifiquen preferentemente para una ranura de tiempo en la que la polarizacion es optima para ese usuario particular. Las investigaciones experimentales han demostrado que tal planificacion en combinacion con un “salto” de polarizacion entre VP y HP tiene el potencial para un aumento de SIR medio de 1-2 dB. Sin embargo, con el fin de alcanzar estas ganancias, a la vez que se evitan retrasos de planificacion adicionales, el salto debe ser lo suficientemente rapido. Si, digamos, son inaceptables retrasos de planificacion de mas de 20 ms, entonces la polarizacion necesita ser cambiada en esta escala de tiempo.

Uno de los retos con un ciclo de la polarizacion de transmision en el tiempo es que el canal percibido tendra discontinuidades en cada punto de conmutacion. Esto puede causar problemas a ciertos UE, especialmente para tal funcionalidad que se base en estimaciones filtradas como puede ser el caso de, por ejemplo, estimacion de interferencia o canal. Por tanto, es deseable minimizar la frecuencia de conmutacion de polarizacion, considerando sin embargo al mismo tiempo el compromiso frente a los retrasos de planificacion y la ganancia de SIR.

Otra alternativa es variar la polarizacion de transmision suavemente, por ejemplo dejando que el desfase varie de forma continua y suave en el tiempo. Esto tiene el inconveniente de que las polarizaciones optimas VP o HP seran utilizadas solo cuando el desfase este cerca de +90° o -90°, pero se puede minimizar al hacer la transicion suave de un estado de polarizacion estable a otro con relativa rapidez. Se espera que un tiempo de conmutacion constante del orden de por ejemplo 5 ranuras cause una degradacion pequena, en su caso, a los procesos de filtrado en el UE.

De acuerdo con una realizacion adicional, la etapa de intercambio S20 de los estados de polarizacion de los puertos de antena puede ser realizada por la conmutacion de senales desde los puertos primero y segundo de antena virtual entre los puertos primero y segundo de antena de transmision. El intercambio se puede realizar de forma adaptativa, asi como determinista con intervalos de tiempo regulares iguales o no iguales.

Segun una realizacion adicional de la divulgacion, el estado de polarizacion se trata ciclicamente en cambio en el dominio frecuencia. Esto se puede lograr si la estacion base esta configurada con dos o mas portadoras que cubren una misma zona o celula, como en una aplicacion multi-portadora. Considerese, por ejemplo, el caso con dos portadoras. Estas dos portadoras pueden considerarse como dos celulas separadas donde la polarizacion de transmision para cada portadora puede ser sintonizada de tal manera que se convierte en VP para uno de los portadoras y HP para el otro. El resultado practico de esto sera una forma de diversidad de polarizacion entre las frecuencias portadoras. Como resultado un cierto UE entonces puede ser planificado en la portadora para la que notifica los mejores CQI (indicadores de calidad de canal) y por consiguiente beneficiarse automaticamente de la polarizacion optima ya que el CQI esta relacionado con la SIR experimentada. El concepto se puede extender si hay mas de dos portadoras que cubren la misma area, dividiendo las portadoras en dos subconjuntos: un subconjunto sintonizado para VP y uno para HP. Tambien se puede introducir un tercer subconjunto, en el que la polarizacion se sintoniza en cambio para los usuarios MIMO a traves de la introduccion de un desfase de tal manera que las corrientes MIM01 y MIM02 se codifican en VP o HP. Este tercer estado tambien se puede introducir cuando se tratan ciclicamente las polarizaciones de transmision en el tiempo.

Para los UE sin capacidades de recepcion de multiples portadoras, el UE estara operando en una portadora en cada

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momento. Si diferentes portadoras estan sintonizadas a diferentes polarizaciones, puede ser beneficioso dirigir estos UE hacia portadoras con propiedades de polarizacion beneficiosas. En consecuencia, si un nodo de estacion base esta configurado con una pluralidad de portadoras que cubren un mismo sector, es posible llevar a cabo el intercambio de estado de polarizacion por intercambio de forma adaptativa el estado de polarizacion entre diferentes portadoras en el dominio frecuencia. Esto se puede hacer mediante traspasos entre frecuencias durante la conexion y/o redireccion a una portadora diferente en la conmutacion de canal cuando se conmuta de CELL_DCH a CELL_FACH / CELL_pCh / URA_PCH. Mediante la comparacion de las estadisticas de calidad de conexion (por ejemplo, CQI) para el UE en diferentes portadoras, la red puede entonces determinar que portadora mapear al UE. Realizar sondeos de la calidad de canal sobre otras portadoras que en la que el UE esta operando actualmente se puede hacer mediante la reorientacion del UE a una nueva portadora. Si el rendimiento mejora, se permite que el equipo de usuario permanezca en la nueva portadora, pero si el rendimiento se degrada el UE puede ser enviado de nuevo a la antigua portadora.

De acuerdo con una realizacion particular, la RBS y el RNC pueden cooperar en estas decisiones ya que es la RBS la que tiene el mejor conocimiento de las condiciones de radio del UE (CQI notificado, etc.), mientras que es el RNC el que maneja las ordenes para indicar al UE que vaya a diferentes portadoras. Esta cooperacion puede ser ayudada por la introduccion de nueva senalizacion de RBS a RNC, donde la RBS puede informar al RNC del rendimiento observado para el UE sobre una portadora particular (tal como el CQI medio). El RNC seria entonces responsable de evaluar que portadora da el rendimiento optimo del UE. Otra solucion seria dejar que la RBS recomendara al RNC que redirigiera el UE a otras portadoras. La RBS seria entonces responsable de evaluar que portadora da el rendimiento optimo del UE.

De acuerdo con una realizacion especifica, la pluralidad de portadoras se dividen en dos subconjuntos, teniendo cada subconjunto uno respectivo del par de estados de polarizacion ortogonales predeterminados.

Un requisito previo importante de la invencion es la optimizacion de fase que conduce a VP o HP. Esto se puede hacer sobre la base de una forma de enfoque de prueba y observacion usando, por ejemplo, estadisticas o mediciones de rendimiento de CQI. Una circunstancia particular en la presente invencion es el hecho de que mientras que una polarizacion de VP o HP sera optima para algunos usuarios, sera al mismo tiempo la peor polarizacion para otros usuarios. Lo anterior entonces se puede ampliar para buscar un desfase 0opt que maximiza las diferencias en, por ejemplo, estadisticas CQI por usuario, rendimiento o medidas similares, entre los desfases 0opt y 0opt+n. Este desfase sera entonces con una gran probabilidad uno que da como resultado o bien VP o HP. Si un solo UE esta previsto para un tiempo prolongado, el desfase puede ser optimizado maximizando el CQI medio notificado por el UE, sin tener como objetivo explicitamente modos VP o HP.

Otra circunstancia particular es que el desfase que da VP o HP para usuarios heredados (no MIMO) al mismo tiempo dara lugar a polarizaciones eficaces para las corrientes codificadas MIMO que son LHCP o RHCP. Esto es debido a la naturaleza del cuaderno de codigos de pre-codificacion MIMO en combinacion con el pre-codificador comun. Como LHCP y RHCP no se conservan durante la propagacion, estas dos polarizaciones seran estadisticamente indistinguibles entre si, y por lo tanto los dos pre-codificadores seran seleccionados con la misma frecuencia. En contraste, cuando las corrientes MIMO se pre-codifican en VP y HP, es probable que uno de los dos pre-codificadores sea mas adecuado para un UE dado, por ejemplo cuando ese usuario en particular tiene dos antenas con polarizaciones similares, por ejemplo HP. Por lo tanto, uno de los criterios para la determinacion de un desfase que da VP/HP para los usuarios existentes es que este desfase tienda a igualar la probabilidad de que diferentes pre-codificadores de una sola corriente se utilicen para los usuarios MIMO. El enfoque opuesto incluye el uso de un desfase que maximiza la diferencia en la utilizacion de los pre-codificadores para encontrar VP/HP para las transmisiones MIMO. Este enfoque tambien se puede aplicar, pero entonces el desfase identificado se desplaza adicionalmente 90° con el fin de hacer el P-SPICH y S-CPICH polarizado VP/HP en lugar de las transmisiones de corriente MIMO.

De acuerdo con una realizacion adicional, la situacion con multiples usuarios con preferencias en conflicto VP/HP es manejada a traves de la priorizacion de algunos usuarios, es decir, la eleccion se basa en la polarizacion de determinado(s) usuario(s) mientras que los otros usuarios no se consideran. Preferiblemente, el orden de prioridad de la pluralidad de equipos de usuario se realiza antes de la planificacion. Tal priorizacion podria basarse en consideraciones de equidad, tales como cuando se prorizan los usuarios que estan en el borde de la celula y por lo tanto en peores condiciones de C/l, con el objetivo de mejorar las peores SIR en la celula. Alternativamente, podria basarse en diferentes clases de calidad de servicio en funcion de los tipos de suscripcion (por ejemplo, los suscriptores superiores reciben un tratamiento preferencial), el contenido del trafico, movilidad, etc. En este aspecto de la invencion, la polarizacion de transmision se elige para maximizar alguna funcion de coste que no sea el SIR medio de celula.

De acuerdo con todavia otra forma de realizacion, el planificador esta adaptado para determinar cuales UE planificar dependiendo de que polarizacion de transmision se utiliza actualmente en la celula. En consecuencia, la planificacion (S30) de las transmisiones a dicha pluralidad de equipos de usuario se realiza en base a un estado de polarizacion de transmision actual en la celula. El planificador podria por supuesto operar independientemente del salto de polarizacion, en cuyo caso las decisiones de planificacion se basan solamente en los CQI actuales

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notificados por los diferentes UE. Sin embargo, si el planificador es consciente del patron de salto, puede predecir como los CQI van a cambiar cuando se cambia la polarizacion de transmision, y asignar por lo tanto mas eficientemente recursos a los UE que experimentaran una polarizacion de transmision que esta bien adaptada a sus caracteristicas de antena y de canal. Uno de los metodos de utilizacion de tal conocimiento del patron de salto es poner mas peso en notificaciones de CQI procedentes de instantes de tiempo en los que la polarizacion de transmision es igual a la polarizacion de transmision actual. Otro metodo es mantener un registro para cada UE de lo que polarizacion prefiere, donde tal informacion o bien se puede establecer utilizando el metodo tal como se describe anteriormente bien o puede ser obtenida a partir de mediciones de, por ejemplo, caracteristicas de enlace ascendente o incluso medida en otras partes del sistema y compartida entre las estaciones base.

Cuando se utiliza el tratamiento ciclico en dominio frecuencia de polarizaciones de transmision, las decisiones de planificacion se vuelven mucho mas faciles ya que las mediciones actuales estaran disponibles para ambas polarizaciones. El unico requisito es entonces que el planificador pueda planificar conjuntamente usuarios a traves de las dos (o mas) portadoras. Si no, entonces los beneficios de la polarizacion probablemente todavia se pueden alcanzar usando el control de admision que tiene en cuenta la preferencia de polarizacion.

De acuerdo con una realizacion particular, el intercambio de estados de polarizacion se realiza en respuesta a desencadenantes de evento predeterminados. Esos desencadenantes de evento pueden ser representados por uno o mas de los siguientes:

1) Rendimiento individual especifico o degradacion de identificacion del rendimiento, por ejemplo rendimiento medido, SNIR, etc.

2) Rendimiento acumulado de sistema o celula (degradacion de identificacion), por ejemplo rendimiento acumulado de celula, etc.

3) Cambios en la demanda del trafico

3a) usuarios individuales, por ejemplo listo con una descarga (buffer vacio, lista pagina de descarga, solicitud de descarga, acumulacion de buffer, etc.)

3b) cambio de numero de usuarios activos en la celula, por ejemplo nuevos usuarios que llegan, usuarios que se van, etc.

Con referencia a la figura 4 y la figura 6, se describiran realizaciones de un nodo 1 de estacion base de radio con capacidades MIMO de acuerdo con la presente divulgacion. El nodo de estacion base de radio comprende una unidad de pre-codificador 2 que conecta unos puertos primero y segundo VA1, VA2 de antena virtual a unos respectivos puertos primero y segundo A1, A2 de antena de transmision para transmitir senales a una pluralidad de equipos de usuario. Ademas, la estacion de nodo de base de radio 1 incluye un controlador 10 configurado para controlar una fase relativa entre las senales transmitidas desde el primer puerto A1 de antena de transmision y el segundo puerto A2 de antena de transmision para proporcionar un par predeterminado de estados de polarizacion ortogonales para las senales transmitidas en los puertos primero y segundo VA1, VA2 de antena virtual. Por ultimo, la estacion base de radio nodo 1 incluye un interruptor de polarizacion 20 configurado para intercambiar los estados de polarizacion de los puertos primero y segundo A1, A2 de antena, para proporcionar senales polarizadas transmitidas con estados de polarizacion alternantes.

El interruptor de polarizacion 20 se puede configurar para intercambiar los estados de polarizacion de forma adaptativa o determinista, ya sea en tiempo o frecuencia.

De acuerdo con una realizacion adicional, la estacion base de radio nodo 1 incluye un planificador 30 configurado para planificar las transmisiones a la pluralidad de equipos de usuario basada en un estado de polarizacion de transmision actual en la celula.

El nodo de estacion base de radio 1 esta configurado para permitir la ejecucion de todas las etapas del metodo descritas anteriormente.

La ventaja principal de la divulgacion es que el uso de una polarizacion vertical u horizontal para un puerto de la antena (virtual) 1 dara lugar a una cierta supresion de la interferencia que un UE heredado experimenta de transmisiones en el puerto de antena 2. Se espera que la ganancia practica de esta supresion este en el orden de 1 a 2 dB. La invencion puede por lo tanto ser utilizada para facilitar la introduccion de la capacidad MIMO en la red HSPA, ya que las consecuencias negativas para los UE heredados de tal introduccion se pueden reducir.

Una ventaja adicional del tratamiento ciclico de la polarizacion en el dominio frecuencia es que esto puede ser introducido sin consecuencias negativas para los UE en terminos de aumento de discontinuidades o variabilidad de canal. Ademas, puede ser introducido con un minimo impacto en el diseno de planificador en el caso en el que el planificador ya direcciona conjuntamente dos o mas portadoras.

Sin embargo, otra ventaja de la aplicacion de la invencion es que tambien permite la coordinacion de la polarizacion de transmision entre las celulas, lo que puede dar mayores ganancias en la supresion de la interferencia entre celulas.

Las realizaciones descritas anteriormente han de entenderse como unos pocos ejemplos ilustrativos de la presente invencion. Se entendera por los expertos en la tecnica que se pueden hacer diversas modificaciones, combinaciones y cambios a las realizaciones sin salir del alcance de la presente invencion. En particular, distintas soluciones parciales en las diferentes realizaciones se pueden combinar en otras configuraciones, cuando sea tecnicamente 10 posible. El alcance de la presente invencion se define, sin embargo, por las reivindicaciones adjuntas.

Claims (20)

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   reivindicaciones

   1. Un metodo para controlar el estado de polarizacion de senales que se han de transmitir desde un nodo de estacion base de radio con capacidades MIMo a una pluralidad de equipos de usuario, comprendiendo dicho nodo de estacion base de radio una unidad de pre-codificador que conecta unos puertos primero y segundo de antena virtual a unos respectivos puertos primero y segundo de antena de transmision, comprendiendo dicho metodo:

   transmitir un canal piloto comun primario (P-CPICH) solo por el primer puerto de antena virtual;

   controlar (S10) una fase relativa entre senales transmitidas desde dicho primer puerto de antena de transmision y dicho segundo puerto de antena de transmision para proporcionar un par predeterminado de estados ortogonales de polarizacion para senales transmitidas por dichos puertos primero y segundo de antena virtual;

   intercambiar (S20) los estados de polarizacion de senales que se han de transmitir desde dichos puertos primero y segundo de antena virtual, para proporcionar senales polarizadas transmitidas con estados de polarizacion alternantes.
2. 2. El metodo de acuerdo con la reivindicacion 1, caracterizado por el paso adicional de planificar (S30) transmisiones a dicha pluralidad de equipos de usuario en base a un estado actual de polarizacion de transmision en dicha celula.
3. 3. El metodo de acuerdo con la reivindicacion 1, caracterizado por intercambiar dichos estados de polarizacion mediante la adaptacion de dicha fase relativa entre dichas senales transmitidas.
4. 4. El metodo de acuerdo con la reivindicacion 3, caracterizado por adaptar dicha fase relativa de manera continua y suave en el tiempo.
5. 5. El metodo de acuerdo con la reivindicacion 1, caracterizado por intercambiar dichos estados de polarizacion mediante la conmutacion de senales procedentes de dichos puertos primero y segundo de antena virtual entre dichos puertos primero y segundo de antena de transmision.
6. 6. El metodo de acuerdo con la reivindicacion 1, caracterizado por intercambiar (S20) dichos estados de polarizacion de manera adaptativa.
7. 7. El metodo de acuerdo con la reivindicacion 2, caracterizado por priorizar dicha pluralidad de equipos de usuario antes de la planificacion.
8. 8. El metodo de acuerdo con la reivindicacion 1, caracterizado por intercambiar dichos estados de polarizacion en el tiempo.
9. 9. El metodo de acuerdo con la reivindicacion 8, caracterizado por alternar dichos estados de polarizacion con intervalos de tiempo regulares iguales o no iguales.
10. 10. El metodo de acuerdo con la reivindicacion 1, caracterizado por intercambiar dichos estados de polarizacion en respuesta a desencadenamientos de evento predeterminados.
11. 11. El metodo de acuerdo con la reivindicacion 1, caracterizado por estar dicho nodo de estacion base configurado con una pluralidad de portadoras que cubren un mismo sector, e intercambiar de manera adaptativa dicho estado de polarizacion entre al menos dos de dichas portadoras en el dominio frecuencia.
12. 12. El metodo de acuerdo con la reivindicacion 11, caracterizado por el paso de planificar equipo de usuario sobre una de dicha pluralidad de portadoras en base a al menos un rendimiento de calidad de conexion notificado para dichas portadoras.
13. 13. El metodo de acuerdo con la reivindicacion 12, caracterizado por redirigir un equipo de usuario desde una portadora hasta otra portadora en base a un estado actual de polarizacion de dichas portadoras y una preferencia de polarizacion de dicho equipo de usuario.
14. 14. El metodo de acuerdo con la reivindicacion 11, caracterizado por el paso adicional de dividir dicha pluralidad de portadoras en dos sub-conjuntos, teniendo cada sub-conjunto uno respectivo de dicho par de estados ortogonales predeterminados de polarizacion.
15. 15. El metodo de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1-11, caracterizado porque dicho par de estados predeterminados de polarizacion comprenden polarizacion vertical y horizontal.
16. 16. Un nodo (1) de estacion base de radio con capacidades MIMO, comprendiendo dicho nodo una unidad (2) de pre-codificador que conecta unos puertos primero y segundo (VA1, VA2) de antena virtual a unos respectivos

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    puertos primero y segundo (A1, A2) de antena de transmision para transmitir senales a una pluralidad de equipos de usuario; en el que el nodo (1) de estacion base de radio con capacidades MIMO esta dispuesto para transmitir un canal piloto comun primario (P-CPICH) solo por el primer puerto de antena virtual; y en el que dicho nodo de estacion base de radio comprende adicionalmente:

    un controlador (10) configurado para controlar una fase relativa entre senales transmitidas desde dicho primer puerto de antena de transmision y dicho segundo puerto de antena de transmision para proporcionar un par predeterminado de estados ortogonales de polarizacion para senales transmitidas por dichos puertos primero y segundo de antena virtual;

    un conmutador (20) de polarizacion configurado para intercambiar los estados de polarizacion de senales que se han de transmitir desde dichos puertos primero y segundo de antena virtual, para proporcionar senales polarizadas transmitidas con estados alternos de polarizacion.
17. 17. El nodo de estacion base de radio de acuerdo con la reivindicacion 16, caracterizado porque dicho conmutador (20) de polarizacion esta configurado para intercambiar dichos estados de polarizacion de manera adaptativa.
18. 18. El nodo de estacion base de radio de acuerdo con la reivindicacion 16, caracterizado porque dicha estacion base de radio comprende adicionalmente un planificador (30) configurado para planificar transmisiones a dicha pluralidad de equipos de usuario en base a un estado actual de polarizacion de transmision en dicha celula.
19. 19. El nodo de estacion base de radio de acuerdo con la reivindicacion 16, caracterizado porque dicho nodo de estacion base esta configurado con una pluralidad de portadoras que cubren un mismo sector, y dicho conmutador (20) de polarizacion esta configurado para intercambiar de manera adaptativa dicho estado de polarizacion entre dichas portadoras en el dominio frecuencia.
20. 20. El nodo de estacion base de radio de acuerdo con la reivindicacion 19, caracterizado porque dicho nodo de estacion base de radio esta configurado para monitorizar una estadistica de calidad de conexion para cada una de tales portadoras, y para informar a un nodo de control de red de radio sobre dicha calidad, y para redirigir equipo de usuario desde una portadora hasta otra en base a instrucciones recibidas desde dicho nodo de control de red de radio.