WO2013087748A1 - Station d'emission et de reception comprenant une tete radio distribuee - Google Patents

Station d'emission et de reception comprenant une tete radio distribuee Download PDF

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WO2013087748A1
WO2013087748A1 PCT/EP2012/075337 EP2012075337W WO2013087748A1 WO 2013087748 A1 WO2013087748 A1 WO 2013087748A1 EP 2012075337 W EP2012075337 W EP 2012075337W WO 2013087748 A1 WO2013087748 A1 WO 2013087748A1
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transmitting
distributed
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radio
distributed access
Prior art date
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PCT/EP2012/075337
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English (en)
Inventor
Kais Mabrouk
Bernard Huyart
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Institut Mines-Telecom
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    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W88/00—Devices specially adapted for wireless communication networks, e.g. terminals, base stations or access point devices
    • H04W88/08—Access point devices
    • H04W88/085—Access point devices with remote components

Definitions

  • the invention relates to a transmitting and receiving station comprising a distributed radio head and applies in particular to the field of wireless telecommunications.
  • Some systems like WiFi do not manage the mobility of user terminals.
  • the transmitting and receiving stations used allow access to services in an area corresponding to the coverage area of the station or stations deployed.
  • a second-generation system is the GSM system, an acronym derived from the English expression "Global System for Mobile Communications”.
  • An example of a third generation system is the UMTS system, an acronym derived from the English expression "Universal Mobile Telecommunications System”.
  • An example of a fourth-generation system is the LTE system, an acronym derived from the Anglo-Saxon term "Long Term Evolution”.
  • the transmitting and receiving stations of the GSM system are called base stations and are designated by the acronym BTS from the English expression "Base Transceiver Station”.
  • the transmitting and receiving stations of the UMTS system are called NodeB and those of the LTE system are called eNodeB.
  • the term "station” designates a transmitting and receiving station.
  • radio access networks are evolving towards architectures comprising stations gathering a larger number of functions.
  • a station includes for example radiofrequency treatments such as filtering and baseband switching but also digital processing such as channel coding and encryption. This is particularly the case for the BTS, nodeB and eNodeB stations used respectively in GSM, UMTS and LTE technologies.
  • the NodeB plays the role of gateway with a second equipment of the radio access network called RNC, acronym from the English expression "Radio Network Controller”.
  • the LTE standard defines an access network architecture composed of a single type of element called eNodeB. Most of the functions traditionally implemented by the RNC are distributed between the eNodeB and the core network of the system. The LTE access network is therefore composed only of eNodeB. These changes are intended to simplify the architecture of the radio access network and facilitate the deployment of the radio access network.
  • Stations are very expensive, but operators have an interest in reducing their number in order to generate enough revenue.
  • the area covered by a station must be as wide as possible. In the rest of the description, this zone is called the coverage zone.
  • Minimize the number of stations involves relatively high transmit and receive power levels. These levels are necessary so that all user terminals present in this area can access the system. Power densities are therefore high in the areas covered by these systems and the population is concerned about the impact of these power densities on the health of living beings.
  • these stations are usually large. Their visibility causes problems during their installation because these stations are less and less accepted by the population, especially because of their size and therefore their visibility.
  • the energy consumption is important. It is therefore difficult to use solar energy using a panel located at the station. Indeed, the current power output of the stations is generally constrained by the power amplifier (s) used as well as by the calculation processors.
  • WiFi terminals or set-top boxes set up at subscribers and use them as a radio access point.
  • the energy bill of the operator is in this case effectively reduced but to the detriment of that of the subscriber.
  • the latter is subjected to significant electromagnetic radiation and permanent in its housing due to the shared use of its equipment.
  • a radio coverage outside the buildings in which the set-top boxes are located is made difficult because of the loss of penetration due to the walls.
  • An object of the invention is in particular to overcome the aforementioned drawbacks.
  • the invention has for object a wireless transmitting and receiving station comprising a distributed radio head allowing user terminals present in a geographical area covered by said station to access the services offered by a radio transmission system.
  • wireless telecommunications Said radio head is composed of a distribution equipment, a plurality of distributed access points distributed in the coverage area and communication means between the distribution equipment and the distributed access points.
  • the dispatcher includes means for transmitting samples of a baseband signal to be transmitted in the coverage area to all the distributed access points.
  • the distributed access points comprise radiofrequency processing means making it possible to transpose on a carrier frequency said signal before transmitting it in the form of radio waves to the user terminals present in the coverage area.
  • the distributed access points comprise means for transmitting radio signals received from the user terminals in the baseband before transmitting them to the dispatching equipment.
  • the dispatching equipment comprises, for example, means for combining the signals coming from the radio access points.
  • the dispatching equipment combines the signals from the distributed access points with a weighted sum.
  • the result of the weighted sum is for example used to make the digital formation of antenna beams.
  • the means of communication between the dispatching equipment and the distributed access points correspond to optical links of the CPRI type.
  • the dispatching equipment is for example connected to each access point distributed by optical fibers of identical lengths so as not to cause delay spread of the signals transmitted and received by said distribution equipment.
  • the means of communication between the distribution equipment and the distributed access points correspond for example to wired links or dedicated radio links.
  • a distributed access point is turned off when no user terminal is detected nearby.
  • an unlit distributed access point wakes up periodically to check whether a user terminal is nearby, the presence of a user terminal being verified when the received power level is greater than a predefined threshold value.
  • the position of a user terminal is for example estimated by triangulation performed on the basis of several signals received by different distributed access points, said estimate being implemented at the splitter.
  • the system is for example suitable for one or more of the following technologies: GSM, UMTS, LTE.
  • the invention also relates to a distributed radio head enabling user terminals to access the services offered by a wireless telecommunications system, said radio head being composed of a distribution equipment, a plurality of access points distributed throughout a coverage area and means of communication between the dispatching equipment and the distributed access points, the dispatching equipment including means for transmitting a signal to be transmitted in the coverage area to all the points of distribution distributed access, said distributed access points comprising radiofrequency processing means for transposing on a carrier frequency said signal before transmitting it in the form of radio waves to the user terminals present in the coverage area.
  • the distributed access points comprise means for transmitting radio signals received from the user terminals in the baseband before transmitting them to the dispatching equipment.
  • Figure 2 shows an example of a wireless telecommunications system using a distributed radio head station
  • FIG. 3 gives an example of an architecture in which distributed radio heads can be implemented
  • FIG. 4 presents a simplified example of an architecture that can be used for a distribution equipment
  • Figure 5 shows an example of a distributed access point architecture.
  • FIGS 1a and 1b give two examples of transmitting and receiving station architecture.
  • Transmitting and receiving station manufacturers seek to establish architectural standards, for example in consortia such as OBSAI, an acronym for the Open Base Station Architecture Initiative.
  • OBSAI an acronym for the Open Base Station Architecture Initiative.
  • the purpose of these standards is to reduce the infrastructure costs borne by telecom operators.
  • the base station is composed of several standardized modules and therefore compatible. An operator can therefore compose his own stations from modules from different manufacturers.
  • the CPRI interface an acronym derived from the English expression "Common Public Radio Interface”
  • the recent stations are composed of one or more radio heads 101, 102, 104, 105, 106 and a control equipment 100, 103.
  • the interface CPRI is an example of a standardized interface for simply connecting the elements dialing the station between them.
  • the radio heads are designated by the acronym RE coming from the English expression "Radio Equipment”
  • the control equipment is designated by the acronym REC, acronym from the expression "Radio Equipment Control””.
  • Figure 1a gives a first example of a base station composed of several modules connected to each other using a standardized interface.
  • a control equipment 100 is connected to a first radio head 101 using a standardized link 107.
  • Said radio head 101 is then also connected to a second radio head 102 by means of a second standardized link 108.
  • Standardized links are for example CPRI links.
  • the CPRI type links make it possible to build a distributed architecture of stations where radio control equipment is remotely connected to one or more radio heads via optical fiber links, for example.
  • the use of standardized links has the effect of reducing costs for service providers. Indeed, the radio heads must often be positioned in places difficult to access while the control equipment, including digital processors, can be positioned in remote areas more easily accessible.
  • Figure 1 has an architecture where the radio heads are connected in series.
  • the CPRI links are exemplary without this being limiting, other types of standardized links that can be implemented in the context of the invention.
  • Figure 1b gives a second example of a base station composed of several modules connected to each other using a standardized interface.
  • a control device 103 is connected to a first radio head 104 using a standardized link 109.
  • This radio head 104 is also connected to two other radio heads 105, 106 using two standardized links 1 10, 1 1 1 .
  • These standardized links 109, 109, 1 10, 1 1 1 are, for example, CPRI links. It appears that the radio heads can be connected to each other in a serial, parallel or hybrid network.
  • Figure 2 shows an example of a wireless telecommunications system using a distributed radio head station.
  • a mobile radio system is considered, but the invention can be applied to a wireless telecommunications system that does not manage the mobility of the user terminals.
  • Five cells 200, 201, 202, 203, 204 cover a defined area during the deployment phase of the system, the radio resources of the system being distributed between said cells.
  • these resources may be frequency resources, time resources and / or multiple access codes.
  • radio heads For a given cell, one or more radio heads of the same type as those described with reference to FIGS. 1a and 1b can be used, a subset of radio resources being allocated for each of these radio heads. These radio heads are called conventional radio heads.
  • a first cell 200 four conventional radio heads 210, 21 1, 212, 213 are used.
  • a second cell 201 four conventional radio heads 213, 214, 215, 216, a conventional radio head 213 being used for both the first cell 200 and the second cell 201.
  • a conventional radio head 217 is used in a third cell 202 a conventional radio head 217 is used.
  • a conventional radio head 218 is used in a fourth cell 203.
  • the fifth cell 204 of the system is covered by a distributed radio head.
  • a distributed radio head differs from a conventional radio head.
  • Dispatcher 209 communicates with the distributed access points using digitized baseband signals. This saves bandwidth and preserves the signal of disturbances.
  • the stations are connected either directly or indirectly to a control equipment 218.
  • FIG. 3 gives an example of an architecture in which distributed radio heads can be implemented.
  • the system comprises at least one control equipment 300.
  • This equipment 300 may be connected to one or more radio heads 301, 302.
  • a control equipment 300 may also be connected to one or more distributed radio heads 303.
  • a distributed radio head is composed of a device called splitter 304 and one or more distributed access points PAD 308, 309, 310, 31 1, 312.
  • Control equipment 300 can be connected to dispatching equipment belonging to a distributed radio head and / or conventional radio heads 301, 302 using for example a standardized interface.
  • This standardized interface can be a CPRI type optical link, a wired link or a dedicated radio link.
  • Conventional radio heads 301, 302 and distributed radio heads 303 receive and transmit data to user terminals 305, 306, 307 based on radio resources allocated thereto. Depending on the radio technology implemented, these radio resources may correspond to a set of carrier frequencies, a set of CDMA codes and / or a set of time slots.
  • a conventional radio head 301, 302 when a conventional radio head 301, 302 is used to cover a given geographical area, the radio resources it is used by the user terminals 305, 306, 307 present in this area through an access point located at said radio head.
  • a conventional radio head includes an antenna or multiple co-located antennas to form an antenna array when multi-antenna technologies are used.
  • the distributed access points PAD 308, 309, 310, 31 1, 312 are geographically distributed in this zone so that a user terminal always has a PAD nearby.
  • the geographical distribution of the PADs has the particular advantage that the power emitted by these devices is reduced because of the proximity of the user terminals.
  • the manner in which access points are distributed is part of the general knowledge of a radio engineer establishing link budgets. Due to the proximity of the user terminals and the distributed access points PAD, the size of the antennas used can be minimized.
  • the small size of these distributed access points PAD allows a discreet installation and harmoniously integrated into the environment, which facilitates relations with the population during their installation. As the power of the transmitter is low, the power output of the power amplifiers is improved.
  • no cooling device is required and a supply of distributed access points PAD using a solar panel is possible.
  • Another advantage is that the signals will be less deformed because the temporal spread phenomenon of the signals well known to those skilled in the art is limited. Indeed, since the distributed access points RP 308, 309, 310, 31 1, 312 are distributed over the entire coverage area, the probability for a user terminal to be in line of sight with the An antenna of a distributed access point is improved over systems based only on conventional radio heads comprising a single radio access point.
  • the decrease in the speed offered to users in Cell border is a well-known phenomenon because of the decrease in power density. This reduction will be reduced here because the power density is almost uniform throughout the cell thanks to the distributed nature of the PADs.
  • relays In fourth-generation systems such as LTE, the use of relays is intended to combat the effects of shadows and improve the available bit rate at the edge of the cell.
  • a relay receives the signals from the different channels of a cell, amplifies them and emits them again. These emissions may experience problems of glare and noise factor degradation.
  • the shadow zone In a system implementing distributed radio heads, the shadow zone will be covered by a PAD connected to the splitter by a dedicated link, for example fiber-type.
  • the same radio resources are used over the entire area covered by a distributed radio head using N distributed access points PAD. It is therefore not necessary to implement these "handover" techniques when user terminal moves within the area covered by a distributed radio head.
  • a distributed access point PAD is turned off when no user terminal is detected nearby. For example, an unlit distributed access point may wake up periodically to check if a user terminal is nearby. For this, it can check the received power level in the frequency band of the system and compare it to a threshold value.
  • a distributed access point PAD wakes up for example every P seconds for a period of 20 ms.
  • the PAD distributed access points have a known position. Because of their proximity, a terminal is often in radio visibility with several radio access points. This radio visibility results in the existence of direct routes. Thus, the position of a terminal can be estimated by triangulation performed on the basis of several signals received by different distributed access points. Alternatively, the position of a terminal can be estimated by using identifiers ID allocated to each of the distributed access points PAD, the knowledge of the identifier or IDs of the PAD or with which a terminal communicates to this estimate.
  • FIG. 4 shows a simplified example of an architecture that can be used for a dispatcher.
  • the dispatching equipment includes means for connecting to one or more distributed access points PAD. These means correspond, for example, to input ports 400, 401, 402, 403 to which a data management module 404 is connected. function to format and synchronize the data received on the ports 400, 401, 402, 403 and the data to be transmitted on these same ports.
  • Each port 400, 401, 402, 403 is for example connected to a distributed access point PAD by optical fibers of identical lengths so as not to cause delay spreading of the signals transmitted and received by the distribution equipment. This link makes it possible to transmit the digital samples of a baseband signal.
  • the equipment also comprises a digital signal processing module 405. Its main function is to combine the digitized signals received from the different input / output ports 400, 401, 402, 403 using a simple weighted sum given by the following expression:
  • Xi [k represents the k-th sample of the signal received on the ith port
  • a £ represents the weighting coefficient applied to the signal received by the ith port
  • y [k] represents the result signal of the weighted sum.
  • M represents the total number of input / output ports used and therefore signals from the distributed access points PAD.
  • the signal processing module also includes, for example, channel coding and decoding, source coding and decoding, filtering and anti-interference processing.
  • the choice of functions to implement depends on the transmission technology used.
  • the system according to the invention can be implemented for example for UMTS or LTE.
  • the dispatching equipment further comprises means for connecting to one or more control equipment. These means correspond to means for managing an interface, for example of optical type CPRI.
  • the equipment comprises an optical input and output port 407 followed by a first data management module 406.
  • This module aims to format the received packets and to send on the optical interface. It groups functions corresponding to layers 1 and 2 of the OSI reference model, an acronym derived from the English expression "Open Systems Interconnection".
  • FIG. 5 shows an example of a distributed access point architecture.
  • a distributed access point RP comprises an input and output port 500 and a data management module 501 for managing the sending and receiving of digital data from the distributed access point PAD to the distribution equipment via an interface 505 for example optical.
  • the purpose of the module 501 is to format the received packets as well as the packets to be sent on the optical interface. For example, it groups functions corresponding to layers 1 and 2 of the OSI reference model.
  • a digital signal processing module 502 may be used to implement one or more digital filters.
  • a conversion module 503 is used and includes a CAN-to-digital converter and a digital-to-analog converter CNA so as to perform the required conversions of the received signals and the signals to be transmitted from the access point RP to the user terminals.
  • a radio frequency module 504 is then used in particular for the baseband conversion of the analog signals from the user terminals and the carrier frequency transposition of the signals to be transmitted to said terminals.
  • the distributed access points do not include a conversion module, the signals being exchanged in analog between these two devices.

Landscapes

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Abstract

L'invention a pour objet une station d'émission et de réception sans fil comprenant une tête radio distribuée (303) permettant à des terminaux utilisateurs (305, 306, 307) présents dans une zone géographique couverte par ladite station d'accéder aux services offerts par un système de télécommunications sans fil. Ladite tête radio est composée d'un équipement répartiteur (304), d'une pluralité de points d'accès distribués (308, 309, 310, 311, 312) répartis dans la zone de couverture et de moyens de communications entre l'équipement répartiteur et les points d'accès distribués, le répartiteur comportant des moyens pour transmettre des échantillons d'un signal en bande de base à émettre dans la zone de couverture à l'ensemble des points d'accès distribués. Lesdits points d'accès distribués comportent des moyens de traitement radiofréquence permettant de transposer sur une fréquence porteuse ledit signal avant de l'émettre sous forme d'ondes radio aux terminaux utilisateurs (305, 306, 307) présents dans la zone de couverture.

Description

STATION D'EMISSION ET DE RECEPTION COMPRENANT UNE TETE
RADIO DISTRIBUEE
L'invention concerne une station d'émission et de réception comprenant une tête radio distribuée et s'applique notamment au domaine des télécommunications sans fil.
Les systèmes de télécommunications sans fil actuels s'appuient sur des stations d'émissions et de réceptions permettant à des terminaux utilisateurs d'accéder aux services leurs étant proposés par un ou plusieurs opérateurs.
Certains systèmes comme le WiFi ne gèrent pas la mobilité des terminaux utilisateurs. Les stations d'émission et de réception utilisées permettent un accès aux services dans une zone correspondant à la zone de couverture de la ou des stations déployées.
D'autres systèmes gèrent la mobilité des terminaux utilisateurs dans le but d'assurer une continuité de service malgré les déplacements éventuels de ces utilisateurs. C'est le cas notamment des systèmes radio- mobiles de seconde, troisième et quatrième génération. Un exemple de système de seconde génération est le système GSM, acronyme venant de l'expression anglo-saxonne « Global System for Mobile communications ». Un exemple de système de troisième génération est le système UMTS, acronyme venant de l'expression anglo-saxonne « Universal Mobile Télécommunications System ». Un exemple de système de quatrième génération est le système LTE, acronyme venant de l'expression anglo- saxonne « Long Term Evolution». Les stations d'émission et de réception du système GSM sont appelées station de base et sont désignées par l'acronyme BTS venant de l'expression anglo-saxonne « Base Transceiver Station ». Les stations d'émission et de réception du système UMTS sont appelées NodeB et celles du système LTE sont appelées eNodeB. Dans la suite de la description, le terme « station » désigne une station d'émission et de réception.
Pour assurer une continuité de service, il est alors nécessaire pour la mise en œuvre d'un système radio-mobile de déployer suffisamment de stations pour couvrir l'ensemble de la zone ciblée par l'opérateur du système. De plus, dans des zones à haute densité de population comme les zones urbaines, le nombre de stations devra être d'autant plus important du fait que les ressources radio à partager entre les utilisateurs sont limitées.
Les architectures actuelles des réseaux d'accès radio évoluent vers des architectures comprenant des stations regroupant un nombre toujours plus important de fonctions. Un telle station regroupe par exemple des traitements radiofréquences comme le filtrage et le passage en bande de base mais aussi des traitements numériques comme le codage de canal et le chiffrement. C'est le cas notamment des stations BTS, nodeB et eNodeB utilisées respectivement en technologies GSM, UMTS et LTE.
En UMTS, le NodeB joue le rôle de passerelle avec un second équipement du réseau d'accès radio appelé RNC, acronyme venant de l'expression anglo-saxonne Radio Network Contrôleur ».
Plus récemment, la norme LTE définit une architecture de réseaux d'accès composée d'un seul type d'élément appelé eNodeB. La plupart des fonctions traditionnellement mises en œuvre par le RNC sont réparties entre le eNodeB et le réseau cœur du système. Le réseau d'accès LTE est donc composé uniquement de eNodeB. Ces évolutions ont pour objectif de simplifier l'architecture du réseau d'accès radio et de faciliter le déploiement du réseau d'accès radio.
Cette approche présente cependant plusieurs inconvénients. Les stations sont très coûteuses, or les opérateurs ont intérêt à réduire leur nombre afin de générer suffisamment de revenus. Ainsi, la zone couverte par une station doit être la plus étendue possible. Dans la suite de la description, cette zone est appelée zone de couverture. Minimiser le nombre de stations implique des niveaux de puissance d'émission et de réception relativement élevés. Ces niveaux sont nécessaires afin que tous les terminaux utilisateurs présents dans cette zone puissent avoir accès au système. Les densités de puissance sont donc élevées dans les zones couvertes par ces systèmes et la population s'inquiète de l'impact de ces densités de puissance sur la santé des êtres vivants. En outre, ces stations sont habituellement de taille importante. Leur visibilité est source de problèmes lors de leur installation car ces stations sont de moins en moins acceptées par la population, notamment du fait de leur taille et donc de leur visibilité.
Par ailleurs, du fait des puissances d'émission élevées, la consommation énergétique est importante. Il est de ce fait difficile d'utiliser l'énergie solaire en utilisant un panneau localisé au niveau de la station. En effet, le rendement de puissance actuel des stations est généralement contraint par le ou les amplificateurs de puissance utilisés ainsi que par les processeurs de calcul.
Une autre solution est d'utiliser des bornes WiFi ou des boîtiers de type « Set-top box » installés chez des abonnés et de les utiliser comme point d'accès radio. La facture énergétique de l'opérateur est dans ce cas effectivement réduite mais au détriment de celle de l'abonné. De plus, ce dernier est soumis à un rayonnement électromagnétique significatif et permanent dans son logement du fait de l'utilisation partagée de son équipement. De plus, dans ce type de solution, une couverture radio à l'extérieure des bâtiments au sein desquels se trouvent les set-top box est rendu difficile du fait des pertes de pénétration dues aux murs.
Un but de l'invention est notamment de pallier les inconvénients précités.
A cet effet l'invention a pour objets une station d'émission et de réception sans fil comprenant une tête radio distribuée permettant à des terminaux utilisateurs présents dans une zone géographique couverte par ladite station d'accéder aux services offerts par un système de télécommunications sans fil. Ladite tête radio est composée d'un équipement répartiteur, d'une pluralité de points d'accès distribués répartis dans la zone de couverture et de moyens de communications entre l'équipement répartiteur et les points d'accès distribués. Le répartiteur comporte des moyens pour transmettre des échantillons d'un signal en bande de base à émettre dans la zone de couverture à l'ensemble des points d'accès distribués. Les points d'accès distribués comportent des moyens de traitement radiofréquence permettant de transposer sur une fréquence porteuse ledit signal avant de l'émettre sous forme d'ondes radio aux terminaux utilisateurs présents dans la zone de couverture.
Selon un aspect de l'invention, les points d'accès distribués comportent des moyens pour transposer en bande de base des signaux radio reçus en provenance des terminaux utilisateurs avant de les transmettre vers l'équipement répartiteur.
L'équipement répartiteur comporte par exemple des moyens pour combiner les signaux en provenance des points d'accès radio.
Dans un mode de réalisations, l'équipement répartiteur combine les signaux en provenance des points d'accès distribués par une somme pondérée.
Le résultat de la somme pondérée est par exemple utilisé pour faire de la formation numérique de faisceaux d'antennes.
Selon un autre aspect de l'invention, les moyens de communications entre l'équipement répartiteur et les points d'accès distribués correspondent à des liens optiques de type CPRI.
L'équipement répartiteur est par exemple relié à chaque point d'accès distribué par des fibres optiques de longueurs identiques afin de ne pas engendrer d'étalement des retards des signaux émis et reçus par ledit équipement répartiteur.
Les moyens de communications entre l'équipement répartiteur et les points d'accès distribués correspondent par exemple à des liens filaires ou des liens radio dédiés. Dans un mode de réalisation, un point d'accès distribué est éteint lorsqu'aucun terminal utilisateur n'est détecté à proximité.
A titre d'exemple, un point d'accès distribué éteint se réveille périodiquement afin de vérifier si un terminal utilisateur se trouve à proximité, la présence d'un terminal utilisateur étant vérifiée lorsque le niveau de puissance reçu est supérieur à une valeur seuil prédéfinie.
La position d'un terminal utilisateur est par exemple estimée par triangulation effectuée sur la base de plusieurs signaux reçus par différents points d'accès distribués, ladite estimation étant mise en œuvre au niveau du répartiteur.
Le système est par exemple adapté pour une ou plusieurs des technologies suivantes : GSM, UMTS, LTE.
L'invention a aussi pour objet une tête radio distribuée permettant à des terminaux utilisateurs d'accéder aux services offerts par un système de télécommunications sans fil, ladite tête radio étant composée d'un équipement répartiteur, d'une pluralité de points d'accès distribués répartis dans une zone de couverture et de moyens de communications entre l'équipement répartiteur et les points d'accès distribués, l'équipement répartiteur comportant des moyens pour transmettre un signal à émettre dans la zone de couverture à l'ensemble des points d'accès distribués, lesdits points d'accès distribués comportant des moyens de traitement radiofréquence permettant de transposer sur une fréquence porteuse ledit signal avant de l'émettre sous forme d'ondes radio aux terminaux utilisateurs présents dans la zone de couverture.
Selon un aspect de l'invention, les points d'accès distribués comportent des moyens pour transposer en bande de base des signaux radio reçus en provenance des terminaux utilisateurs avant de les transmettre vers l'équipement répartiteur. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à l'aide de la description qui suit donnée à titre illustratif et non limitatif, faite en regard des dessins annexés parmi lesquels : - les figures 1 a et 1 b donnent deux exemples d'architecture de station d'émission et de réception;
la figure 2 présente un exemple de système de télécommunications sans fil utilisant une station à tête radio distribuée ;
- la figure 3 donne un exemple d'architecture dans laquelle des têtes radio distribuées peuvent être mises en œuvre ;
la figure 4 présente un exemple simplifié d'une architecture pouvant être utilisée pour un équipement répartiteur ;
la figure 5 présente un exemple d'architecture de point d'accès distribué.
Les figures 1 a et 1 b donnent deux exemples d'architecture de station d'émission et de réception.
Les fabricants de stations d'émission et de réception cherchent à établir des normes d'architecture, par exemple dans le cadre de consortiums tels que l'OBSAI, acronyme venant de l'expression anglo-saxonne « Open Base Station Architecture Initiative ». L'objectif de ces normes est de réduire les coûts d'infrastructure supportés par les opérateurs de télécommunications. Pour cela, la station de base est composée de plusieurs modules normalisés et donc compatibles. Un opérateur peut donc composer ses propres stations à partir de modules provenant de différents fabricants.
Pour les mêmes raisons, la normalisation d'un protocole d'interface entre les différents modules composant une station a également un intérêt. L'interface CPRI, acronyme venant de l'expression anglo-saxonne « Common Public Radio Interface », en est un exemple. Les stations récentes sont composées d'une ou plusieurs têtes radio 101 , 102, 104, 105, 106 et d'un équipement de contrôle 100, 103. L'interface CPRI est un exemple d'interface normalisée permettant de les relier simplement les éléments composant la station entre eux. Dans cette norme, les têtes radio sont désignées par l'acronyme RE venant de l'expression anglo-saxonne « Radio Equipment », et les équipements de contrôle sont désignés par l'acronyme REC, acronyme venant de l'expression « Radio Equipement Control ».
La figure 1 a donne un premier exemple de station de base composée de plusieurs modules reliés les uns aux autres à l'aide d'une interface normalisée. Dans cet exemple, un équipement de contrôle 100 est relié à une première tête radio 101 en utilisant un lien normalisé 107. Ladite tête radio 101 est ensuite également reliée à une seconde tête radio 102 à l'aide d'un second lien normalisé 108. Les liens normalisés sont par exemple des liens CPRI. Les liens de type CPRI permettent de construire une architecture distribuée de stations où un équipement de contrôle radio est relié à distance à une ou plusieurs têtes de radio via des liaisons à fibres optiques par exemple. L'utilisation de liens normalisés a pour effet de réduire les coûts pour les fournisseurs de service. En effet, les têtes radio doivent souvent être positionnées dans des endroits difficiles d'accès alors que l'équipement de contrôle, composé notamment de processeurs numériques, peut être positionné dans des zones éloignées plus facilement accessibles. Pour une station donnée, les différentes têtes radio RE se voient attribuées une partie des ressources radio utilisables par le système. Afin de réduire les interférences, les têtes radios couvrant des portions de la zone couverte par la station à laquelle elles appartiennent utilisent des ressources radio distinctes. L'exemple de la figure 1 a présente une architecture où les têtes radio sont reliées en série. Les liens CPRI sont donnés en exemple sans que cela soit limitatif, d'autres types de liens normalisés pouvant être mis en œuvre dans le cadre de l'invention. La figure 1 b donne un second exemple de station de base composée de plusieurs modules reliés les uns aux autres à l'aide d'une interface normalisée. Dans cet exemple, un équipement de contrôle 103 est relié à une première tête radio 104 en utilisant un lien normalisé 109. Cette tête radio 104 est également reliée à deux autres têtes radio 105, 106 en utilisant deux liens normalisés 1 10, 1 1 1 . Ces liens normalisés 109, 109, 1 10, 1 1 1 sont par exemple des liens CPRI. Il apparaît que les têtes radio peuvent être connectées les unes aux autres selon un réseau série, parallèle ou bien hybride.
La figure 2 présente un exemple de système de télécommunications sans fil utilisant une station à tête radio distribuée.
Dans cet exemple, un système radio mobile est considéré, mais l'invention peut s'appliquer à un système de télécommunications sans fil qui ne gère pas la mobilité des terminaux utilisateurs.
Cinq cellules 200, 201 , 202, 203, 204 permettent de couvrir une zone définie lors de la phase de déploiement du système, les ressources radio du système étant réparties entre lesdites cellules. En fonction de la technologie utilisée, ces ressources peuvent être des ressources fréquentielles, des ressources temporelles et/ou des codes d'accès multiples.
Pour une cellule donnée, une ou plusieurs têtes radio du même type que celles décrites à l'aide des figures 1 a et 1 b peuvent être utilisées, un sous ensemble de ressource radio étant alloué pour chacune de ces têtes radio. Ces tête radio sont appelées têtes radio classiques. Ainsi, dans une première cellule 200 quatre têtes radio classiques 210, 21 1 , 212, 213 sont utilisées. Dans une seconde cellule 201 , quatre têtes radio classiques 213, 214, 215, 216, une tête radio classique 213 étant utilisée à la fois pour la première cellule 200 et la seconde cellule 201 . Dans une troisième cellule 202 une tête radio classique 217 est utilisée. Dans une quatrième cellule 203, une tête radio classique 218 est utilisée. La cinquième cellule 204 du système est couverte par une tête radio distribuée. Une tête radio distribuée diffère d'une tête radio classique. Elle est composée d'un équipement répartiteur 209 ainsi que d'une pluralité de points d'accès distribués PAD 205, 206, 207, 208, lesdits points d'accès distribués étant répartis de manière à couvrir l'ensemble de la cellule 204. L'équipement répartiteur 209 communique avec les points d'accès distribués en utilisant des signaux numérisés en bande de base. Cela permet de gagner en bande passante et préserver le signal des perturbations.
Afin de communiquer avec un réseau cœur et/ou avec un réseau extérieur, les stations sont connectées soit directement soit indirectement à un équipement de contrôle 218.
La figure 3 donne un exemple d'architecture dans laquelle des têtes radio distribuées peuvent être mises en œuvre.
Le système comprend au moins un équipement de contrôle 300. Cet équipement 300 peut être relié à une ou plusieurs têtes radio 301 , 302. Un équipement de contrôle 300 peut également être relié à une ou plusieurs têtes radio distribuées 303. Comme mentionné précédemment, une tête radio distribuée est composée d'un équipement appelé répartiteur 304 et d'un ou plusieurs points d'accès distribués PAD 308, 309, 310, 31 1 , 312. Un équipement de contrôle 300 peut être relié à des équipements répartiteurs appartenant à une tête radio distribuée et/ou à des têtes radio classiques 301 , 302 en utilisant par exemple une interface normalisée. Cette interface normalisée peut être un lien optique de type CPRI, un lien filaire ou un lien radio dédié. Les têtes radio classiques 301 , 302 et les têtes radio distribuées 303 reçoivent et transmettent des données vers des terminaux utilisateurs 305, 306, 307 en s'appuyant sur des ressources radio leurs étant allouées. En fonction de la technologie radio mise en œuvre, ces ressources radio peuvent correspondre à un ensemble de fréquences porteuses, un ensemble de codes CDMA et/ou un ensemble de slots temporels.
En d'autres termes, lorsqu'une tête radio classique 301 , 302 est utilisée pour couvrir une zone géographique donnée, les ressources radio dont elle dispose sont utilisées par les terminaux utilisateurs 305, 306, 307 présents dans cette zone grâce à un point d'accès localisé au niveau de ladite tête radio. Une tête radio classique comprend une antenne ou plusieurs antennes co-localisées pour former un réseau d'antenne lorsque des technologies multi-antennes sont utilisées.
Lorsqu'une tête radio distribuée 303 est utilisée, les mêmes ressources radio sont utilisées sur l'ensemble de la zone de couverte par celle-ci. Les points d'accès distribués PAD 308, 309, 310, 31 1 , 312 sont répartis géographiquement dans cette zone de manière à ce qu'un terminal utilisateur ait toujours à proximité un PAD. La distribution géographique des PAD a notamment pour avantage que la puissance émise par ces équipements est réduite du fait de la proximité des terminaux utilisateurs. La manière dont les points d'accès sont distribués fait partie des connaissances générales d'un ingénieur radio établissant des bilans de liaisons. Du fait de la proximité des terminaux utilisateurs et des points d'accès distribués PAD, la dimension des antennes utilisées peut être minimisée. Avantageusement, la taille réduite de ces points d'accès distribués PAD permet une installation discrète et harmonieusement intégrée à l'environnement, ce qui facilite les relations avec la population lors de leur installation. La puissance de l'émetteur étant faible, le rendement en puissance des amplificateurs de puissance est amélioré. Avantageusement, aucun dispositif de refroidissement n'est requis et une alimentation des points d'accès distribués PAD en utilisant un panneau solaire est envisageable.
Un autre avantage est que les signaux seront moins déformés car le phénomène d'étalement temporel des signaux bien connu de l'homme du métier est limité. En effet, du fait que les points d'accès distribués RP 308, 309, 310, 31 1 , 312 sont repartis sur l'ensemble de la zone de couverture, la probabilité pour qu'un terminal utilisateur soit en visibilité directe avec l'antenne d'un point d'accès distribué est améliorée par rapport à des systèmes se basant uniquement sur des têtes radio classiques comprenant un unique point d'accès radio. La baisse du débit offert aux utilisateurs en bordure de cellule est un phénomène bien connu en raison de la diminution de la densité de puissance. Cette baisse sera ici réduite car la densité de puissance est quasi-uniforme sur toute la cellule grâce à la nature distribuée des PADs.
Dans les systèmes de quatrième génération comme LTE, l'utilisation de relais est prévu pour combattre les effets des zones d'ombre et améliorer le débit binaire disponible en bordure de cellule. Un relai reçoit les signaux des différents canaux d'une cellule, les amplifie et les émet de nouveau. Ces émissions peuvent subir des problèmes d'éblouissement et de dégradation du facteur de bruit. Dans un système mettant en œuvre des têtes de radio distribuées, la zone d'ombre sera couverte par un PAD relié au répartiteur par une liaison dédié, par exemple de type fibrée.
Des solutions appartenant à l'état de la technique proposent de mettre en œuvre des pico-cells, c'est-à-dire des têtes radio classiques couvrant des zones de couverture de petites tailles. Dans ce type de solution, les terminaux utilisateurs sont aussi au plus proche des pico-cells. Cependant, des pico-cells positionnées les unes à côtés des autres utilisent des ressources radio leurs étant propres. Ces ressources sont potentiellement différentes de celles allouées à leurs voisines. La conséquence est qu'il faut gérer la mobilité des terminaux utilisateurs se déplaçant d'une d'une pico-cell à l'autre. Il faut donc mettre en place des moyens pour assurer la continuité des communications lors de ces déplacements, cette continuité étant habituellement mise en œuvre à l'aide de techniques désignées pas le mot anglais « handover ».
Dans le système illustré par la figure 3, les mêmes ressources radio sont utilisées sur l'ensemble de la zone couverte par une tête radio distribuée en utilisant N points d'accès distribués PAD. Il n'est donc pas nécessaire de mettre en place ces techniques de « handover » lorsqu'un terminal utilisateur se déplace au sein de la zone couverte par une tête radio distribuée.
Dans un mode de réalisation préféré, un point d'accès distribué PAD est éteint lorsqu'aucun terminal utilisateur n'est détecté à proximité. A titre d'exemple, un point d'accès distribué éteint peut se réveiller périodiquement afin de vérifier si un terminal utilisateur se trouve à proximité. Pour cela, il peut vérifier le niveau de puissance reçu dans la bande de fréquence du système et le comparer à une valeur seuil. Un point d'accès distribué PAD se réveille par exemple toutes les P secondes pour une période de 20 ms.
Une fois installés, les points d'accès distribués PAD ont une position connue. Du fait de leur proximité, un terminal est souvent en visibilité radio avec plusieurs points d'accès radio. Cette visibilité radio se traduit par l'existence de trajets directs. Ainsi, la position d'un terminal peut être estimée par triangulation effectuée sur la base de plusieurs signaux reçus par différents points d'accès distribués. Alternativement, la position d'un terminal peut être estimée en utilisant des identificateurs ID alloués à chacun des points d'accès distribués PAD, la connaissance du ou des identificateurs ID du ou des PAD avec lesquels communique un terminal permettant cette estimation.
Une telle estimation de position peut être mise en œuvre au niveau du répartiteur. La figure 4 présente un exemple simplifié d'une architecture pouvant être utilisée pour un équipement répartiteur.
Dans cet exemple, l'équipement répartiteur comprend des moyens pour se connecter à un ou plusieurs points d'accès distribués PAD. Ces moyens correspondent par exemple à des ports d'entrées 400, 401 , 402, 403 auxquels est relié un module de gestion de données 404. Ce module a pour fonction de mettre en forme et de synchroniser les données reçues sur les ports 400, 401 , 402, 403 et les données à émettre sur ces mêmes ports.
Chaque port 400, 401 , 402, 403 est par exemple relié à un point d'accès distribué PAD par des fibres optiques de longueurs identiques afin de ne pas engendrer d'étalement des retards des signaux émis et reçus par l'équipement répartiteur. Ce lien permet de transmettre les échantillons numériques d'un signal en bande de base.
L'équipement comprend également un module de traitement numérique du signal 405. Celui-ci a pour fonction principale de combiner les signaux numérisés reçus des différents ports d'entrée/sortie 400, 401 , 402, 403 en utilisant une simple somme pondérée donnée par l'expression suivante :
M
y [k] = ai x xdk
i=l dans laquelle :
Xi [k représente le k-ième échantillon du signal reçu sur le i-ème port ;
a£ représente le coefficient de pondération appliqué sur le signal reçu par le i-ème port ;
y[k] représente le signal résultat de la somme pondérée.
M représente le nombre total de ports d'entrée/sortie utilisés et donc de signaux provenant des points d'accès distribués PAD.
Le module de traitement de signal comprend aussi, par exemple, des fonctions de codage et de décodage de canal, de codage et de décodage de source, de filtrage et de traitement anti-interférence. Le choix des fonctions à implémenter dépend de la technologie de transmission utilisée. Le système selon l'invention peut être mis en œuvre par exemple pour l'UMTS ou LTE. L'équipement répartiteur comprend en outre des moyens pour se connecter à un ou plusieurs équipements de contrôle. Ces moyens correspondent à des moyens de gestion d'une interface, par exemple de type optique CPRI. Ainsi, l'équipement comprend un port d'entrée et de sortie optique 407 suivi d'un premier module de gestion de données 406. Ce module a pour objectif de mettre en forme les paquets reçus et à envoyer sur l'interface optique. Il regroupe des fonctions correspondant aux couches 1 et 2 du modèle de référence OSI, acronyme venant de l'expression anglo- saxonne « Open Systems Interconnection ».
La figure 5 présente un exemple d'architecture de point d'accès distribué. Un point d'accès distribué RP comprend un port d'entrée et de sortie 500 et un module de gestion des données 501 permettant de gérer l'envoi et la réception de données numériques du point d'accès distribué PAD vers l'équipement répartiteur via une interface 505 par exemple optique. Le module 501 a pour objectif de mettre en forme les paquets reçus ainsi que les paquets à envoyer sur l'interface optique. Il regroupe par exemple des fonctions correspondant aux couches 1 et 2 du modèle de référence OSI.
Un module de traitement numérique du signal 502 peut être utilisé pour mettre en œuvre un ou plusieurs filtres numériques. Un module de conversion 503 est utilisé et comprend un convertisseur analogique- numérique CAN et un convertisseur numérique-analogique CNA de manière a effectuer les conversions requises des signaux reçus et des signaux à émettre du point d'accès RP vers les terminaux utilisateurs. Un module radiofréquence 504 est ensuite utilisé notamment pour la conversion en bande de base des signaux analogiques en provenance des terminaux utilisateurs et la transposition sur fréquence porteuse des signaux à émettre vers lesdits terminaux. Dans un mode de réalisation alternatif, les points d'accès distribués ne comprennent pas de module de conversion, les signaux étant échangés en analogique entre ces deux équipements.

Claims

REVENDICATIONS
1 - Station d'émission et de réception sans fil comprenant une tête radio distribuée (303) permettant à des terminaux utilisateurs (305, 306, 307) présents dans une zone géographique couverte par ladite station d'accéder aux services offerts par un système de télécommunications sans fil, ladite tête radio (303) étant composée d'un équipement répartiteur (209, 304), d'une pluralité de points d'accès distribués (205, 206, 207, 208, 308, 309, 310, 31 1 , 312) répartis dans la zone de couverture et de moyens de communications entre l'équipement répartiteur et les points d'accès distribués, le répartiteur (209) comportant des moyens pour transmettre des échantillons d'un signal en bande de base à émettre dans la zone de couverture à l'ensemble des points d'accès distribués, lesdits points d'accès distribués comportant des moyens de traitement radiofréquence permettant de transposer sur une fréquence porteuse ledit signal avant de l'émettre sous forme d'ondes radio aux terminaux utilisateurs (305, 306, 307) présents dans la zone de couverture.
Station d'émission et de réception selon la revendication 1 dans laquelle les points d'accès distribués comportent des moyens pour transposer en bande de base des signaux radio reçus en provenance des terminaux utilisateurs (305, 306, 307) avant de les transmettre vers l'équipement répartiteur (209, 304).
Station d'émission et de réception selon la revendication 2 dans laquelle l'équipement répartiteur (209, 304) comporte des moyens pour combiner les signaux en provenance des points d'accès radio.
4- Station d'émission et de réception selon la revendication 3 dans laquelle l'équipement répartiteur (209, 304) combine les signaux en provenance des points d'accès distribués (205, 206, 207, 208, 308, 309, 310, 31 1 , 312) par une somme pondérée.
Station d'émission et de réception selon la revendication 4 dans laquelle le résultat de la somme pondérée est utilisé pour faire de la formation numérique de faisceaux d'antennes.
Station d'émission et de réception selon l'une des revendications précédentes dans laquelle les moyens de communications entre l'équipement répartiteur (209, 304) et les points d'accès distribués (205, 206, 207, 208, 308, 309, 310, 31 1 , 312) correspondent à des liens optiques de type CPRI.
Station d'émission et de réception selon la revendication 6 dans laquelle l'équipement répartiteur (209, 304) est relié à chaque point d'accès distribué (205, 206, 207, 208, 308, 309, 31 0, 31 1 , 312) par des fibres optiques de longueurs identiques afin de ne pas engendrer d'étalement des retards des signaux émis et reçus par ledit équipement répartiteur.
Station d'émission et de réception selon l'une des revendications précédentes dans laquelle les moyens de communications entre l'équipement répartiteur (209, 304) et les points d'accès distribués (205, 206, 207, 208, 308, 309, 310, 31 1 , 312) correspondent à des liens filaires ou des liens radio dédiés.
Station d'émission et de réception selon l'une des revendications précédentes dans laquelle un point d'accès distribué (205, 206, 207, 208, 308, 309, 310, 31 1 , 312) est éteint lorsqu'aucun terminal utilisateur n'est détecté à proximité. -Station d'émission et de réception selon la revendication 9 dans laquelle un point d'accès distribué (205, 206, 207, 208, 308, 309, 310, 31 1 , 312) éteint se réveille périodiquement afin de vérifier si un terminal utilisateur se trouve à proximité, la présence d'un terminal utilisateur étant vérifiée lorsque le niveau de puissance reçu est supérieur à une valeur seuil prédéfinie.
1 1 - Station d'émission et de réception selon l'une des revendications précédentes dans laquelle la position d'un terminal utilisateur (305, 306, 307) est estimée par triangulation effectuée sur la base de plusieurs signaux reçus par différents points d'accès distribués, ladite estimation étant mise en œuvre au niveau du répartiteur.
12- Station d'émission et de réception selon l'une des revendications précédentes adaptée pour une ou plusieurs des technologies suivantes : GSM, UMTS, LTE.
13- Tête radio distribuée (303) permettant à des terminaux utilisateurs (305, 306, 307) d'accéder aux services offerts par un système de télécommunications sans fil, ladite tête radio (303) étant composée d'un équipement répartiteur (209, 304), d'une pluralité de points d'accès distribués (205, 206, 207, 208, 308, 309, 310, 31 1 ,
312)répartis dans une zone de couverture et de moyens de communications entre l'équipement répartiteur et les points d'accès distribués, l'équipement répartiteur (209) comportant des moyens pour transmettre un signal à émettre dans la zone de couverture à l'ensemble des points d'accès distribués, lesdits points d'accès distribués comportant des moyens de traitement radiofréquence permettant de transposer sur une fréquence porteuse ledit signal avant de l'émettre sous forme d'ondes radio aux terminaux utilisateurs (305, 306, 307) présents dans la zone de couverture.
14- Tête radio distribuée (303) selon la revendication 12 dans laquelle les points d'accès distribués comportent des moyens pour transposer en bande de base des signaux radio reçus en provenance des terminaux utilisateurs (305, 306, 307) avant de les transmettre vers l'équipement répartiteur (209, 304).
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