ES2198388T3

ES2198388T3 - Metodo de sincronizacion de estaciones de base.

Info

Publication number: ES2198388T3
Application number: ES01402553T
Authority: ES
Inventors: Marian c/o Mitsubishi Electricite Rudolf; Bruno c/o Mitsubishi Electricite Jechoux
Original assignee: Mitsubishi Electric Information Technology Corp; Mitsubishi Electric Information Technology Center Europe BV Nederlands
Current assignee: Mitsubishi Electric Information Technology Corp; Mitsubishi Electric R&D Centre Europe BV Netherlands
Priority date: 2000-10-03
Filing date: 2001-10-03
Publication date: 2004-02-01
Anticipated expiration: 2021-10-03
Also published as: EP1333601B1; CN100365958C; EP1263152A1; JP2002176376A; US20020165003A1; US20020039906A1; DE60125058D1; ES2201046T3; US7551598B2; ATE242941T1; PT1333601E; US20080062959A1; EP1263152B1; CN1193629C; EP1724950A2; DE60125058T2; DE60100361D1; DE60100331T2; DE60100331D1; JP4650867B2

Abstract

Método de sincronización de estaciones de base en un sistema de telecomunicación de radio móvil, según el cual una primera estación de base transmite una secuencia de sincronización que comprende una primera secuencia seguida de una segunda secuencia, formando dichas primera y segunda secuencias un par de secuencias complementarias y al menos una segunda estación de base efectúa las correlaciones de dicha secuencia de sincronización con una réplica de la primera secuencia y una réplica de la segunda secuencia, siendo sumados a continuación los resultados de correlación para dar una señal de correlación que proporciona una información de sincronización, caracterizado porque la primera secuencia está separada de la segunda secuencia por un intervalo de separación de longitud predeterminada (2GP, 2E), de modo que la señal de correlación presente un pico de correlación aislado en una ventana temporal y que los picos de correlación secundarios que pueden resultar de la intercorrelación entre secuencias y réplicas complementarias sean rechazados fuera de dicha ventana temporal.

Description

Método de sincronización de estaciones de base.

La presente invención se refiere a un método de sincronización de estaciones de base en un sistema de telecomunicación de radio móvil. Más particularmente, la presente invención se refiere a un método de sincronización de estaciones de base para un sistema de telecomunicación del tipo dúplex por división de tiempo (TDD). Dicho sistema de telecomunicación es, por ejemplo, el sistema en curso de normalización, comúnmente llamado 3GPP W-CDMA TDD.

Se ha representado en la figura 1 una trama de radio de tal sistema de telecomunicación. Está constituida por quince intervalos de tiempo de transmisión (time slots) de los que algunos, por ejemplo los intervalos IT_{o}, IT_{1}, IT_{2}, IT_{5}, IT_{6} e IT_{8}, están destinados al transporte de los datos (en el sentido amplio del término) en sentido descendente (estación de base hacia terminal móvil) mientras que otros, los intervalos IT_{3}, IT_{4}, IT_{7}, IT_{9}, IT_{10}, IT_{11}, IT_{12}, IT_{13} e IT_{14}, están destinados al transporte de los datos en el sentido ascendente (estación móvil hacia estación de base). En el curso de un intervalo de transmisión, los datos (D) son transmitidos bajo la forma de una secuencia de símbolos. El intervalo incluye igualmente un midambulo (M) que comprende símbolos pilotos que permiten la estimación del canal, una palabra de control de potencia (TPC), y un intervalo de seguridad (GP'). En tal sistema, varios terminales móviles o estaciones de base pueden emitir o recibir datos en un mismo intervalo de tiempo. Los enlaces son diferenciados por multiplexado por división de código (Code Division Multiple Access = CDMA). Los símbolos transmitidos por o para los diferentes usuarios son extendidos espectralmente, aproximadamente a una frecuencia ``chip'' 1/T_{c} donde T_{c} es el periodo de transmisión elemental.

Debido a que una misma frecuencia pueda ser utilizada tanto en el sentido ascendente como en el sentido descendente, es imperativo asegurar la sincronización de las estaciones de base. En efecto, si no fuese este el caso, un primer terminal móvil que emitiese con gran potencia en un canal ascendente podría interferir con un segundo terminal móvil, próximo al primero, recibiendo los datos sobre un canal descendente. La tensión de sincronización entre estaciones de base vecinas es del orden de unos microsegundos (5 aproximadamente) en el sistema W-CDMA TDD.

Para efectuar la sincronización entre estaciones de base, se han propuesto varios métodos en el estado de la técnica. Según un primer método, se obtiene la sincronización gracias a receptores GPS que equipan las estaciones de base. Según un segundo método, se procede primeramente en una fase inicial, por ejemplo durante la instalación de la red o de una nueva estación de base, a una sincronización grosera (del orden de unas decenas de ms, es decir, de unas decenas de millares de ``chips''). Esta sincronización grosera inicial es asegurada por la red, más precisamente por el controlador de acceso de radio (RNC) que controla varias estaciones de base (también llamadas ``nodos B'') vecinas. Seguidamente se efectúa regularmente una sincronización fina por la interfaz de radio entre estaciones de base vecinas. Esta sincronización fina tiene principalmente por objeto corregir la deriva de los relojes de secuenciamiento entre estaciones de base vecinas. Para ello, se reserva ciertos intervalos de tiempo a la transmisión y a la recepción de una señal de sincronización. Un intervalo de transmisión dedicado a la sincronización comprende esencialmente una secuencia de sincronización (Sinc) y un periodo de seguridad (GP). Se obtiene la sincronización, de una manera en sí conocida, por correlación de la secuencia recibida con una secuencia de réplica de la transmitida. La correlación se efectúa sobre una ventana temporal de longitud dada por el margen de precisión de la sincronización grosera. Así, cuando una estación de base recibe una secuencia de sincronización y detecta un pico de correlación en esta ventana, la misma puede sincronizar su secuenciamiento con el de las estaciones de base circundantes.

La secuencia de sincronización generalmente utilizada es larga (varios miles de ``chips'') con el fin de obtener una buena precisión de correlación para una potencia por símbolo aceptable. El periodo de seguridad debe ser superior al tiempo de propagación de una estación de base a una estación vecina con el fin de evitar, a la recepción, una usurpación de la secuencia de sincronización sobre un intervalo de tiempo vecino. Como la distancia entre dos estaciones de base es más elevada que el radio de una celda, se escoge el periodo de seguridad (GP) más grande que el periodo de seguridad normal más grande (GP'). El periodo de seguridad (GP) debe tener en cuenta igualmente la deriva de los relojes de tramas.

La secuencia de sincronización es escogida para tener buenas propiedades del autocorrelación, a saber, un pico de autocorrelación muy pronunciado. Generalmente, se obtiene las secuencias de sincronización utilizadas a partir de polinomios primitivos sobre GF(2), cuerpo de Galois de cardinal 2. Tal secuencia presenta una longitud L que tiene una potencia enésima de 2-1, o sea L=2^{N}-1. Este es el caso principalmente de las secuencias llamadas de Gold que han sido propuestas en el informe TSGR1#15(00)0946 titulado ``Sequences for the cell sync burst'' del Grupo de Trabajo TSG-RAN de la ETSI para sincronizar estaciones de base vecinas.

Las secuencias de Gold poseen buenas propiedades de autocorrelación periódica. La correlación de una secuencia constituida por la repetición de una secuencia de Gold con una réplica de la secuencia de esta última no presenta picos secundarios importantes. En cambio, estas secuencias no presentan desgraciadamente tan buenas propiedades de autocorrelación aperiódica (correlación de una secuencia de Gold aislada con una réplica). Lo que es más, el correlador utilizado generalmente opera en el dominio temporal bajo la forma de un filtro adaptado FIR clásico que presenta una complejidad en O(L) que puede ser muy elevada. Además, la elección de las longitudes de tales secuencias es reducida, ya que las mismas no pueden tomar, como se ha visto, más que valores 2^{N}-1 y un truncamiento conduciría a una pérdida sensible de las propiedades de autocorrelación.

Un objetivo de la presente invención es proponer un método de sincronización de estaciones de base vecinas gracias a la transmisión de una secuencia de sincronización que presenta muy buenas propiedades de correlación. Un objetivo secundario de la invención es ofrecer una gran elección de longitudes de secuencias de sincronización posibles, y ello para un bajo grado de complejidad del correlacionador.

La presente invención es definida por un método de sincronización de estaciones de base en un sistema de telecomunicación de radio móvil, según el cual una primera estación de base transmite una secuencia de sincronización que comprende una primera secuencia seguida de una segunda secuencia, formando dichas primera y segunda secuencias un par de secuencias complementarias y porque al menos una segunda estación de base efectúa la correlación de dicha secuencia de sincronización con una réplica de la primera secuencia y una réplica de la segunda secuencia, siendo sumados a continuación los resultado de correlación para dar una señal de correlación que proporciona una información de sincronización. La primera secuencia está separada de la segunda secuencia por un intervalo de separación de longitud predeterminada (2GP, 2E), de modo que la señal de correlación presente un pico de correlación aislado en una ventana temporal.

Ventajosamente, las primera y segunda secuencias son secuencias complementarias de Golay.

Según un primer modo de realización, se obtiene dicho intervalo de separación previendo intervalos de seguridad alrededor de la primera y de la segunda secuencias.

Según un segundo modo de realización, se obtiene dicho intervalo de separación previendo una extensión periódica de la primera secuencia seguida de una extensión periódica de la segunda secuencia.

Según un tercer modo de realización, se genera la primera secuencia por medio de una primera secuencia de Golay y de una primera secuencia auxiliar multiplicando sucesivamente dicha primera secuencia de Golay por los bits de la primera secuencia auxiliar.

Igualmente, la segunda secuencia puede ser generada por medio de una segunda secuencia de Golay, complementaria de dicha primera secuencia de Golay, y de una segunda secuencia auxiliar multiplicando sucesivamente dicha segunda secuencia de Golay por los bits de la segunda secuencia auxiliar.

Ventajosamente, la primera secuencia auxiliar y la segunda secuencia auxiliar son secuencias complementarias de Golay.

Según una variante de realización, se efectúa la correlación por un filtrado en rejilla.

Las características de la invención mencionadas más arriba, así como otras, aparecerán más claramente con la lectura de la siguiente descripción hecha en relación con las figuras adjuntas, entre las cuales:

La figura 1 representa de manera esquemática una trama de emisión de un sistema de transmisión del tipo W-CDMA TDD

La figura 2A representa un primer modo de realización de la invención

La figura 2B representa un segundo modo de realización de la invención

La figura 2C representa un tercer modo de realización de la invención

La figura 3 representa un correlacionador útil en el tercer modo de realización de la invención.

La idea general de base de la invención es utilizar, para la sincronización de estaciones de base vecinas, un par de códigos complementario, por ejemplo códigos complementarios polifases, más particularmente un par de códigos complementarios de Golay. Los códigos complementarios, conocidos como tales, tienen como propiedad destacable que la suma de sus funciones de autocorrelación aperiódicas es una función de Dirac. Dicho de otro modo, si se observa (A, B) un par de tales códigos complementarios, se tiene \varphi_{AA}(m)+\varphi_{BB}(m) = \delta(m) donde m es el índice de tiempo, \delta el símbolo de Kronecker y \varphi la función de autocorrelación aperiódica.

En la continuación de la descripción se hará esencialmente mención de códigos complementarios de Golay. La invención se aplica sin embargo a los códigos complementarios en general.

Por otra parte, como se ha descrito principalmente en el artículo S.Z. Budisin, titulado ``Efficient pulse compressor for Golay complementary sequences'' y publicado en Electronics Letters, Vol 27, nº3, páginas 219, 220 en Enero de 1991, se puede realizar el correlacionador gracias a un filtro de rejilla que presenta una complejidad en O(logL) y no en O(L) como en un filtro adaptado FIR clásico. Este filtro de rejilla es llamado también filtro EGC por Efficient Golay Correlator. Un ejemplo de realización de filtro EGC es dado en el artículo de B.M. Popovic titulado ``Efficient Golay Correlator'', publicado en IEEE Electronics Letters, Vol 35, nº17, Enero 1999.

La utilización de tal filtro EGC con fines de sincronización entre emisores- receptores de radio es descrita en el documento WO-A-0054424.

Además, para una longitud autorizada dada, existen varias secuencias de Golay posibles. En efecto, como las secuencias de Golay son generadas por códigos generadores se puede mostrar que dos códigos generadores distintos y de la misma longitud generan secuencias de Golay igualmente distintas y de la misma longitud. Estas secuencias poseen grandes propiedades de intercorrelación (es decir, bajos valores de intercorrelación), permitiendo utilizar, por ejemplo, en grupos de estaciones de base, códigos distintos o incluso efectuar una sincronización de las estaciones de base en diferentes instantes de su secuenciamiento.

Un primer modo de realización de la invención está ilustrado en la figura 2A. Según este modo de realización, una secuencia de sincronización está constituida por dos secuencias complementarias de Golay A y B multiplexadas en el tiempo, siendo precedida y seguida cada secuencia por un intervalo de seguridad, como se ha descrito en la solicitud francesa FR-A-9916851 presentada el 30.12.1999 a nombre de este mismo solicitante. Esta secuencia es transmitida por una estación de base y recibida por una estación de base vecina. A la recepción, la secuencia de sincronización es correlacionada con una réplica de la secuencia A y una réplica de la secuencia B, el resultado de correlación con la secuencia A es retardado de manera que se alineado temporalmente con el resultado de correlación con la secuencia B antes de que se sumen, obteniéndose el pico de Dirac cuando las réplicas de A y B son alineadas con las secuencias correspondiente. La presencia del intervalo de seguridad GP_{2} asegura que, durante la correlación, las secuencias A y B no solapen las réplicas complementarias correspondientes, a saber, B y A respectivamente, en una ventana temporal centrada sobre la posición de alineamiento temporal. Así, los picos de correlación secundarios que pueden resultar de la intercorrelación entre secuencias y réplicas complementarias son rechazados fuera de esta ventana. Más precisamente, si GP_{2}= 2.GP_{3}=2.GP_{1}=2.GP, la suma de los dos resultados de correlación presenta un pico de Dirac aislado en una ventana de anchura 2.GP alrededor de la posición de alineamiento temporal. Las correlaciones son efectuadas ventajosamente por correlacionadores EGC, tales como los mencionados más arriba.

Un segundo modo de realización de la invención está ilustrado en la figura 2B. Según este modo de realización, una secuencia de sincronización está constituida por dos secuencias complementarias de Golay multiplexadas en el tiempo, siendo precedida y seguida cada secuencia por una extensión periódica, como se ha explicado en la solicitud francesa titulada ``Séquence d'estimation de canal et procédé de canal d'estimation de transmision utilisant un telle séquence'' presentada a nombre de este mismo solicitante. La extensión periódica de una secuencia dada es un truncamiento de la secuencia obtenida por repetición de dicha secuencia. Para ello, basta con concatenar a la secuencia a extender una prefijo correspondiente al final y un sufijo correspondiente al comienzo de dicha secuencia. Se ha indicado esquemáticamente en a la figura 2A la concatenación de prefijos y de sufijos para dos secuencias complementarias de Golay, A y B. La secuencia de sincronización está constituida a su vez por dos secuencias así extendidas ext(A) y ext(B). La extensiones periódicas producen la misma ventaja que el intervalo de seguridad GP_{2},a saber, la ausencia de picos de correlación secundarios alrededor del pico de Dirac en una cierta ventana temporal. Más precisamente, si los sufijos y prefijos son de tamaño idéntico e igual a E, la suma de los resultados de correlación presentará un pico de Dirac aislado en una ventana de anchura 2.E alrededor de la posición de alineamiento temporal. Esto se comprende fácilmente si se considera la hipótesis en la que la secuencia de sincronización comprende secuencias A y B completamente periodizadas. La correlación con réplicas de A y B produce entonces una serie de picos de Dirac de periodo L. Una extensión periódica de amplitud E equivale a truncar esta serie por una ventana de anchura 2.E alrededor del pico de alineamiento temporal. La ventaja de este modo de realización con relación al precedente es no provocar bruscas variaciones de potencia de señal entre las secuencias A y B, al nivel del amplificador del emisor. Estas variaciones brutales pueden generar frecuencias elevadas, de la interferencia intersímbolo y por tanto degradar, a la recepción, los resultados de correlación.

Un tercer modo de realización de la invención está ilustrado en la figura 2C. Según este modo de realización, se genera, a partir de una secuencia de Golay A o B y de una secuencia auxiliar X, una secuencia compuesta, según el modo de construcción de las secuencias jerárquicas. Más precisamente, se multiplica sucesivamente el primer bit de la secuencia auxiliar X por todos los bits de la secuencia A, luego el segundo bit de la segunda secuencia por todos los bits de la secuencia A, así sucesivamente y se concatena las secuencias obtenidas. Señalaremos en lo que sigue por A*X tal secuencia compuesta, siendo A la secuencia de base y X la secuencia auxiliar generatriz. Las secuencias de Golay complementarias A y B pueden ser así multiplexadas por secuencias auxiliares X e Y idénticas o distintas, pudiendo ser además estas últimas también secuencias de Golay.

Sean A*X y B*X secuencias compuestas obtenidas a partir de un par A, B de secuencias complementarias de Golay, de longitud L, extendidas por prefijos o sufijos de tamaño E. A*X y B*X son multiplexadas en el tiempo y separadas por un intervalo W. La señal recibida es correlacionada con la secuencia A de una parte y con la secuencia B de otra parte. El resultado de la primera correlación es retardado en (L+2E)+W y se suma con el resultado de la segunda correlación. La suma obtenida es una secuencia R que comprende una serie de picos de Dirac de periodo L'= L+2E modulados por los valores x_{o}, x_{1} ....X_{k} donde K es la longitud de la secuencia x, estado rodeado cada pico por una ventana de anchura 2.E que no contiene más que ceros. La secuencia R es sometida seguidamente a un filtrado por un filtro lineal de respuesta

H(z) = x_{0}+x_{1}.z^{-L'}+ ... + x_{k}.z^{-K.L'}

La secuencia R filtrada contiene un pico de Dirac de altura 2.K.L en el centro de una ventana nula de anchura 2.E lo que permite detectarlo fácilmente. Además, la secuencia total constituida por secuencias A*X y B*X multiplexadas en el tiempo es de longitud total 2.(L+2.E).K+W, lo que ofrece una gran elección de longitudes de secuencias autorizadas.

Según otra variante de realización se genera cuatro secuencias compuestas A*X, A*Y, B*X, B*Y donde A, B forman un primer par de secuencias complementarias de Golay extendidas o no y X, Y forman un segundo par de secuencias complementarias de Golay que sirven de secuencias auxiliares generatrices.

Las secuencias compuestas son multiplexadas en el tiempo y separadas por intervalos que supondremos iguales y de anchura W. Las secuencias A y B son de longitud L'= L+2.E donde L es la longitud de la secuencia de base y E el tamaño de la extensión, siendo las secuencias X, Y de longitud K. La longitud de la secuencia total es pues de 4(L+2E)K+3W, lo que ofrece una gran elección de longitudes de secuencias autorizadas.

La presente variante saca partido del hecho de que se dispone de L' pares de secuencias complementarias (X,Y) bajo la forma de subsecuencias S_{m} y S_{m}' con S_{m}(n)=(A*X)_{n.L'+m} y S_{m}'(n)=(B*X)_{n.L'+m}, m=0, ...., L'-1 obtenidas por decimación de la secuencia total inicial. En lugar de efectuar una correlación con un correlacionador EGC, se utiliza un correlacionador ``jerárquico'', la primera etapa del correlacionador función EGC modificada tal como se ha representado en la figura 3.

Supongamos que el par de secuencias X e Y ha sido generado clásicamente por una secuencia elemental s_{0}, ..., s_{K-1}, donde K =2^{k}-1 y retardos D'_{0}, D'_{1}, ..., D'_{K-1} con D'_{i}=2^{Pi} donde (P_{0}, P_{1}, ..., P_{k-1}) es una permutación sobre el conjunto (0, 1, ..., k-1) del siguiente modo recursivo:

X_{0}(i) = \delta(i); Y_{o}(i) = \delta(i);\belowdisplayskip=.5\baselineskip

X_{n}(i) = X_{n-1}(i)+S_{n-1}.X_{n-1}(i-D'i);\belowdisplayskip=.5\baselineskip

Y_{n}(i)-S_{n-1}.Y_{n-1}(Di-D'_{i});

Del mismo modo, supongamos que el par de secuencias A,B ha sido generado por la secuencia elemental t_{0}, ..., t_{l-1}, donde L =2^{l}-1 y retardos D_{0}, D_{1},...,D_{K-1} con D_{i}=2^{PI} donde (P_{0}, P_{1} ,....,P_{l-1}) es una permutación sobre el conjunto (0, 1, ..., l-1).

La primera etapa de correlación efectúa una correlación con el par de secuencias X, Y, pero difiere de un correlacionador EGC clásico porque los retardos han sido multiplicados por un factor L' para tener en cuenta la dispersión de las muestras. Los dos resultados de correlación se suman después del alineamiento temporal por un retardo D_{XY} el retardo D_{XY }que separa las secuencias A*X y A*Y, de una parte, y las secuencias B*X y B*Y, de otra parte. La segunda etapa del correlacionador efectúa la correlación con el par de secuencias A, B y es en sí clásica. Los resultados de correlación son alineados temporalmente por un retardo D_{AB } y sumados, correspondiendo el retardo D_{AB} a la diferencia temporal entre las secuencias A*X y B*X, de una parte, y las secuencias A*Y y B*Y, de otra parte.

El correlacionador así constituido opera primeramente una correlación grosera con un paso L' y después una correlación fina al paso de muestreo. Su complejidad es baja puesto que el número de operaciones efectuada es en O(log(K)+log(L)).

Aunque el ejemplo descrito más arriba solamente posea dos niveles de secuencias y dos niveles de correlación, la invención se generaliza de manera inmediata a un número cualquiera de niveles de secuencia y de etapas correspondientes del correlacionador jerárquico.

Claims

1. Método de sincronización de estaciones de base en un sistema de telecomunicación de radio móvil, según el cual una primera estación de base transmite una secuencia de sincronización que comprende una primera secuencia seguida de una segunda secuencia, formando dichas primera y segunda secuencias un par de secuencias complementarias y al menos una segunda estación de base efectúa las correlaciones de dicha secuencia de sincronización con una réplica de la primera secuencia y una réplica de la segunda secuencia, siendo sumados a continuación los resultados de correlación para dar una señal de correlación que proporciona una información de sincronización, caracterizado porque la primera secuencia está separada de la segunda secuencia por un intervalo de separación de longitud predeterminada (2GP, 2E), de modo que la señal de correlación presente un pico de correlación aislado en una ventana temporal y que los picos de correlación secundarios que pueden resultar de la intercorrelación entre secuencias y réplicas complementarias sean rechazados fuera de dicha ventana temporal.

2. Método de sincronización según la reivindicación 1, caracterizado porque las primera y segunda secuencias son secuencias complementarias de Golay.

3. Método de sincronización según la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque se obtiene dicho intervalo de separación previendo intervalos de seguridad alrededor de la primera y de la segunda secuencias.

4. Método de sincronización según la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque se obtiene dicho intervalo de separación previendo una extensión periódica de la primera secuencia seguida de una extensión periódica de la segunda secuencia.

5. Método de sincronización según la reivindicación 2, caracterizado porque se genera la primera secuencia por medio de una primera secuencia de Golay y de una primera secuencia auxiliar multiplicando sucesivamente dicha primera secuencia de Golay por los bits de la primera secuencia auxiliar.

6. Método de sincronización según la reivindicación 5, caracterizado porque se genera la segunda secuencia por medio de una segunda secuencia de Golay, complementaria de dicha primera secuencia de Golay, y de una segunda secuencia auxiliar multiplicando sucesivamente dicha segunda secuencia de Golay por los bits de la segunda secuencia auxiliar.

7. Método de sincronización según la reivindicación 6, caracterizado porque la primera secuencia auxiliar y la segunda secuencia auxiliar son secuencias complementarias de Golay.

8. Método de sincronización según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque se efectúa la correlación por un filtrado en rejilla.

9. Método de sincronización según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque dicha ventana temporal es de longitud igual a dicha longitud predeterminada y no contiene picos de correlación secundarios.