ES2277022T3 - Señal de sincronizacion de estaciones de base. - Google Patents
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Abstract
Señal de sincronización utilizada para la sincronización en un sistema de telecomunicación por radio, caracterizada porque dicha señal de sincronización está formada por una primera secuencia polifase y por una segunda secuencia polifase que sigue a dicha primera secuencia polifase, donde dicha segunda secuencia polifase es complementaria de dicha primera secuencia polifase y está separada de dicha primera secuencia polifase por un intervalo de separación, y donde dicho intervalo de separación consiste en una extensión periódica de dicha primera secuencia polifase y una extensión periódica de dicha segunda secuencia polifase.
Description
Señal 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 radiomóvil. Más particularmente, la presente
invención se refiere a un método de sincronización de estaciones de
base para un sistema de telecomunicación del tipo duplex con
división de tiempo (TDD). Dicho sistema de telecomunicación es, por
ejemplo, el sistema en curso de normalización denominado comúnmente
como 3GPP W-CDMA TDD.
En la Fig. 1 se representa una trama de radio de
tal sistema de telecomunicación. La misma está constituida por
quince intervalos de tiempo de transmisión (time slots) de los que
algunos, por ejemplo, los intervalos IT_{0}, IT_{1}, IT_{2},
IT_{5}, IT_{6} e IT_{8}, están destinados al transporte de los
datos (en un amplio sentido del tema) en el sentido descendente
(desde la estación de base hacia el 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
(desde la estación móvil hacia la estación de base). Durante un
intervalo de transmisión, los datos (D) se transmiten en forma de
una secuencia de símbolos. El intervalo también incluye un midámbulo
(M) que comprende símbolos pilotos que permiten la estimación del
canal, una palabra de control de potencia (TPC) y un intervalo de
guarda (GP'). En un sistema tal, muchos terminales móviles o
estaciones de base pueden emitir o recibir datos en un mismo
intervalo de tiempo. Las uniones o enlaces se diferencian por
multiplexado con división de código (Code Division Multiple Access =
CDMA (Acceso Múltiple con División de Código)). Los símbolos
transmitidos por o para los diferentes usuarios se presentan
espectralmente, aproximadamente a una frecuencia "chip"
1/T_{c}, donde T_{c} es el periodo de transmisión elemental.
Debido al hecho de que una misma frecuencia se
puede utilizar tanto en el sentido ascendente como en el sentido
descendente, es imperativo garantizar la sincronización de las
estaciones de base. En efecto, si no fuera así, un primer terminal
móvil que estuviera emitiendo una fuerte potencia en un canal
ascendente podría interferir con un segundo terminal móvil, cercano
al primero, que estuviera recibiendo datos sobre un canal
descendente. La coacción de sincronización de estaciones de base
vecinas es del orden de algunos microsegundos (aproximadamente
cinco) en el sistema W-CDMA TDD.
Para efectuar la sincronización entre estaciones
de base, en el estado actual de la técnica, se han propuesto varios
métodos.
Según un primer método, la sincronización se
obtiene mediante receptores GPS que equipan a las estaciones de
base. De acuerdo con un segundo método, en primer lugar, en una fase
inicial, por ejemplo durante la instalación de red o de una nueva
estación de base, se procede a una sincronización basta (del orden
de algunas decenas de ms, es decir, de algunas decenas de millares
de "chips"). Esta sincronización basta inicial se asegura por
la red, más precisamente, por el controlador de acceso de radio
(RNC) que controla varias estaciones de base vecinas (denominadas
hasta ahora como "nodos B"). A continuación se efectúa una
sincronización fina regularmente por el interfaz de radio entre
estaciones de base vecinas. Esta sincronización fina tiene por
objeto particularmente corregir la deriva de los relojes de
temporización o secuenciado entre estaciones de base vecinas. Para
hacer esto, se reservan algunos intervalos de tiempo en la
transmisión y en la recepción de una señal de sincronización. Un
intervalo de transmisión dedicado a la sincronización esencialmente
comprende una secuencia de sincronización (Sync) y un periodo de
guarda (GP). La sincronización se obtiene, de una manera conocida,
por correlación de la secuencia recibida con una secuencia réplica
de la transmitida. La correlación se efectúa sobre una ventana
temporal de longitud dada por el margen de precisión de la
sincronización basta. Así pues, cuando una estación de base recibe
una secuencia de sincronización y detecta un pico de correlación en
esta ventana, dicha estación de base puede sincronizar su
temporización o secuenciado con la temporización o secuenciado de
las estaciones de base vecinas.
La secuencia de sincronización generalmente
utilizada es larga (varios millares de "chips") con el fin de
obtener una adecuada precisión de correlación para una potencia por
símbolo aceptable. El periodo de guarda debe ser superior al tiempo
de propagación de una estación de base a una estación vecina, de
manera que se evite, en la recepción, una intrusión de la secuencia
de sincronización sobre un intervalo de tiempo vecino. Como la
distancia entre dos estaciones de base es mayor que el rayo de una
célula, el periodo de guarda (GP) se elige mayor que el periodo de
guarda normal (GP'). El periodo de guarda (GP) también debe tener en
cuenta la deriva de los relojes de tramas.
La secuencia de sincronización se elige de forma
que tenga unas propiedades adecuadas de
auto-correlación, o sea, un pico de
auto-correlación muy pronunciado. Generalmente, las
secuencias de sincronización utilizadas se obtienen a partir de
polinomios primitivos sobre GF(2), cuerpo de Galois de
cardinal 2. Una secuencia tal presenta una longitud L tal como una
potencia enésima de 2, menos 1, o sea: 2^{N}-1.
Particularmente, este es el caso para las secuencias denominadas de
Gold que se han propuesto en la relación
TSGR1#15(00)0946 titulada "Secuences for the cell
sync burst (Secuencias para la rotura de la sincronización de la
célula)" del grupo de trabajo TSG-RAN del ETSI
para sincronizar estaciones de base vecinas.
Las secuencias de Gold tienen propiedades
adecuadas 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 que no presenta picos
secundarios importantes). En cambio, desgraciadamente, estas
secuencias no presentan tan buenas propiedades de autocorrelación
aperiódica (correlación de una secuencia de Gold aislada con una
réplica). Lo que ocurre generalmente es que el correlacionador
generalmente utilizado 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, como se ha
visto, únicamente pueden tomar valores de 2^{N}-1
y un truncamiento conduciría a una pérdida sensible de las
propiedades de autocorrelación.
Un objeto de la presente invención es proponer
un método de sincronización de estaciones de base vecinas mediante
la transmisión de una secuencia de sincronización que presenta
propiedades de correlación muy adecuadas.
Un objeto secundario de la invención es ofrecer
una gran selección de longitudes de secuencias de sincronización
posibles, y ello, para un pequeño grado de complejidad del
correlacionador.
La presente invención está definida por un
método de sincronización de estaciones de base en un sistema de
telecomunicación radiomóvil, según el cual, una primera estación de
base transmite una secuencia de sincronización que comprende una
primera secuencia seguida de una segunda secuencia, donde dichas
secuencias, primera y segunda, forman 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 con una réplica de la segunda
secuencia, sumándose a continuación los resultados de correlación
para proporcionar una señal de correlación que facilita una
información de sincronización. La primera secuencia está separada de
la segunda secuencia por un intervalo de separación de longitud
predeterminada (2GP, 2E), de forma que la señal de correlación
presenta un pico de correlación aislado en una ventana temporal.
Ventajosamente, las secuencias, primera y
segunda, son secuencias complementarias de Golay.
Según un primer modo de realización, dicho
intervalo de separación se obtiene previendo intervalos de guarda
alrededor de la primera secuencia y de la segunda secuencia.
Según un segundo modo de realización, dicho
intervalo de separación se obtiene previendo una extensión periódica
de la primera secuencia, seguida de una extensión periódica de la
segunda secuencia.
Según un tercer modo de realización, la primera
secuencia se genera 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.
Del mismo modo, la segunda secuencia se puede
generar 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, la
correlación se efectúa mediante un filtrado en enrejado.
Las características de la invención
anteriormente mencionadas, así como también otras características,
aparecerán más claramente con la lectura de la descripción
siguiente, efectuada en relación con las figuras adjuntas, de las
cuales:
La Fig. 1 representa de forma esquemática una
trama de emisión de un sistema de transmisión del tipo
W-CDMA TDD;
La Fig. 2A representa un primer modo de
realización de la invención;
La Fig. 2B representa un segundo modo de
realización de la invención;
La Fig. 2C representa un tercer modo de
realización de la invención;
La Fig. 3 representa un correlacionador útil
para el tercer modo de realización de la invención.
En el fundamento de la invención, la idea
general es utilizar, para la sincronización de estaciones de base
vecinas, un par de códigos complementarios, por ejemplo, de códigos
complementarios polifases, más particularmente, un par de códigos
complementarios de Golay. Los códigos complementarios, conocidos
como tales, tienen como propiedad notable que la suma de sus
funciones aperiódicas de autocorrelación es una función de Dirac. En
otras palabras, si se toma nota de un par (A,B) de tales códigos
complementarios, se tiene que
\varphi_{AA}(m)+\varphi_{BB}(m)=\delta(m)
donde "m" es el índice de tiempo, \delta es el símbolo de
Kronecker y \varphi es la función de autocorrelación
aperiódica.
En la continuación de la descripción, se
mencionarán esencialmente códigos complementarios de Golay. Sin
embargo, la invención se aplica a los códigos complementarios en
general.
Por otra parte, como se describe particularmente
en el artículo de S. Z. Budisin, titulado "Efficient pulse
compressor for Golay complementary sequences (Compresor de impulso
eficiente para secuencias complementarias de Golay" y publicado
en Electronics Letters (Cartas Electrónicas) Vol. 27, Nº 3, páginas
219-220 en Enero de 1991, el correlacionador se
puede realizar gracias a un filtro en enrejado que presenta una
complejidad en O(logL) y no en O(L) como en un filtro
adaptado FIR clásico. Este filtro en enrejado se denomina también
filtro EGC para Efficient Golay Correlator (Correlacionador
Eficiente de Golay). Un ejemplo de realización de filtro EGC se
proporciona en el artículo de B. M. Popovic, titulado "Efficient
Golay Correlator", publicado en IEEE Electronics Letters (Cartas
Electrónicas de IEEE), Vol. 35, Nº 17, Enero de 1999.
Además, para una longitud autorizada específica,
existen varias secuencias de Golay posibles. En efecto, como las
secuencias de Golay están generadas por códigos generadores, se
puede demostrar que dos códigos generadores distintos y de la misma
longitud generan secuencias de Golay también distintas y de la misma
longitud. Estas secuencias poseen propiedades adecuadas de
inter-correlación (es decir, bajos valores de
inter-correlación), que permiten, por ejemplo, a
grupos de estaciones de base, utilizar códigos distintos o incluso
efectuar una sincronización de las estaciones de base en diferentes
instantes de su temporización o secuenciado.
En la Fig. 2A se representa un primer modo de
realización de la invención. Según este modo de realización, una
secuencia de sincronización está constituida por dos secuencias
complementarias de Golay A y B multiplexadas en el tiempo, donde
cada secuencia está precedida y seguida por un intervalo de guarda,
como se describe en la solicitud francesa
FR-A-9916851 presentada el día
30.12.1999 a nombre de la solicitante. Esta secuencia se transmite
por una estación de base y se recibe por una estación de base
vecina. En el momento de la recepción, la secuencia de
sincronización se correlaciona con una réplica de la secuencia A y
con una réplica de la secuencia B, el resultado de la correlación
con la secuencia A se retarda de forma que esté temporalmente
alineado con el resultado de la correlación con la secuencia B,
antes de que se sumen, obteniéndose el pico de Dirac cuando las
réplicas de A y B están alineadas con las secuencias
correspondientes. La presencia del intervalo de guarda GP_{2}
garantiza que, durante la correlación, las secuencias A y B no
superponen a las réplicas complementarias correspondientes, o sea a
B y a A respectivamente, en una ventana temporal centrada sobre la
posición de alineación temporal. Así pues, los picos secundarios de
correlación que pueden resultar de la intercorrelación entre
secuencias y réplicas complementarias se rechazan 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 alineación temporal. Ventajosamente, las correlaciones
se efectúan por correlacionadores EGC, tales como los mencionados
anteriormente.
En la Fig. 2B se representa un segundo modo de
realización de la invención. Según este modo de realización, una
secuencia de sincronización está constituida por dos secuencias
complementarias de Golay multiplexadas en el tiempo, donde cada
secuencia está precedida y seguida por una extensión periódica, como
se explica en la solicitud francesa titulada "Sequence
d'estimation de canal et procédé d'estimation de canal de
transmission utilisant une telle sequence (Secuencia de estimación
de canal y procedimiento de estimación de canal de transmisión,
utilizando una tal secuencia)" presentada a nombre de la
solicitante. La extensión periódica de una secuencia específica es
un truncado de la secuencia periódica obtenida por repetición de
dicha secuencia. Para hacer esto, es suficiente con concatenar a la
secuencia a extender un prefijo correspondiente al final y un sufijo
correspondiente al principio de dicha secuencia. En la Fig. 2B se ha
indicado esquemáticamente la concatenación de prefijos y de sufijos
para dos secuencias complementarias de Golay, A y B. La secuencia de
sincronización está constituida por dos secuencias así extendidas,
ext(A) y ext(B). Las extensiones periódicas producen
la misma ventaja que el intervalo de guarda GP_{2}, o sea, la
ausencia de picos secundarios de correlación 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 alineación
temporal. Esto se comprende fácilmente si se considera la hipótesis
en la que la secuencia de sincronización comprende secuencias A y B
completamente periódicas. 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 vuelve a truncar esta serie por
una ventana de anchura 2.E alrededor del pico de alineación
temporal. La ventaja de este modo de realización con respecto al
precedente es que no provoca variaciones bruscas de potencia de
señal entre las secuencias A y B, al nivel del amplificador del
emisor. Dichas variaciones bruscas pueden generar frecuencias
elevadas de la interferencia intersímbolo y como consecuencia
degradar, en la recepción, los resultados de correlación.
En la Fig. 2C se representa un tercer modo de
realización de la invención. Según este modo de realización, a
partir de una secuencia de Golay A ó B y de una secuencia auxiliar
X, se genera una secuencia compuesta, según el modo de construcción
de secuencias jerárquicas. Más precisamente, se multiplica
sucesivamente el primer bit de la secuencia auxiliar X por todos los
bits de la secuencia A, después el segundo bit de la segunda
secuencia por todos los bits de la secuencia A, así sucesivamente y
se concatenan las secuencias obtenidas. En lo sucesivo anotaremos
como A*X una tal secuencia compuesta, donde A es la secuencia de
base y X la secuencia auxiliar generatriz. Así, las secuencias
complementarias de Golay A y B se pueden multiplicar por secuencias
auxiliares X, Y, idénticas o distintas, donde, por otra parte, estas
últimas pueden ser 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 y sufijos de tamaño E. A*X y B*X
se multiplexan en el tiempo y se separan por un intervalo W. La
señal recibida se correlaciona con la secuencia A por una parte y
con la secuencia B por otra parte. El resultado de la primera
correlación se retarda en (L+2E)+W y se suma con el resultado de la
segunda correlación. La suma obtenida es una secuencia R que tiene
una serie de picos de Dirac de periodo L'=L+2E modulados por los
valores x_{0}, x_{1}, ..., x_{K}, donde K es la longitud de
la secuencia X, donde cada pico está rodeado por una ventana de
anchura 2.E que no incluye más que ceros. A continuación, la
secuencia R se somete a un filtrado mediante un filtro lineal de
respuesta:
H(z) =
x_{0} + x_{1} . z^{-L'} + ... + x_{K} .
z^{-K.L'}
La secuencia R filtrada lleva un pico de Dirac
de altura 2.K.L en el medio de una ventana nula de anchura 2.E, lo
que permite detectarle fácilmente. Por otra parte, la secuencia
total constituida por las secuencias A*X y B*X multiplexadas en el
tiempo es de longitud total de 2.(L+2.E).K+W, lo que ofrece una gran
selección de longitudes de secuencias autorizadas.
Según otra variante de realización, se generan
cuatro secuencias compuestas A*X, A*Y, B*X, B*Y, donde A y B forman
un primer par de secuencias complementarias de Golay, extendidas o
no extendidas, y X, Y, forman un segundo par de secuencias
complementarias de Golay que sirven como secuencias auxiliares
generatrices.
Las secuencias compuestas se multiplexan en el
tiempo y se separan 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 es el tamaño de la
extensión, donde las secuencias X e Y son de longitud K. Por lo
tanto, la longitud de la secuencia total es de
4(L+2E)K+3W, lo que ofrece una gran selección 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 sub-secuencias S_{m} y S'_{m}, donde
S_{m}(n)=A*X_{n.L'+m} y
S'_{m}(n)=(B+X)_{n.L'+m'}, m=0, ...,
L'-1 se obtienen por diezmado de la secuencia total
inicial. En lugar de efectuar una correlación con un correlacionador
EGC, se utiliza un correlacionador "jerárquico", donde la
primera zona del correlacionador de función EGC se ha modificado
tal como se representa en la Fig. 3.
Se supondrá que el par de secuencias X e Y se ha
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}, donde
D'_{i}=2^{Pi}, y donde (P_{0}, P_{1}, ...,
P_{k-1}) es una permutación sobre el conjunto (0,
1, ..., K-1), de la forma recursiva siguiente:
X_{0}(i)=\delta (i);
\hskip0,5cmY_{0}(i)=\delta (i);
X_{n}(i)=X_{n-1}(i)+s_{n-1}.X_{n-1}(i-D'{}_{i});
\hskip0,5cmY_{n}(i)=Y_{n-1}(i)-s_{n-1}.Y_{n-1}(i-D'{}_{i})
Asimismo, se supondrá que el par de secuencias
A, B, se ha generado por la secuencia elemental t_{0}, ...
t_{l-1}, donde L=2^{l}-1 y
retardos D_{0}, D_{1}, ... D_{k-1}, donde
D_{i}=2^{Pi} y donde (P_{0}, P_{1}, ...
P_{l-1}) es una permutación sobre el conjunto (0,
1, ... l-1).
El primer escalón de correlación efectúa una
correlación con el par de secuencias X, Y, pero difiere de un
correlacionador EGC clásico en que los retardos se han multiplicado
por un factor L' para tener en cuenta la dispersión de las muestras.
Los dos resultados de correlación se suman después de la alineación
temporal con un retardo D_{XY}, donde el retardo D_{XY} separa
las secuencias A*X y A*Y, por una parte, y las secuencias B*X y B*Y,
por otra parte. El segundo escalón del correlacionador efectúa la
correlación con el par de secuencias A, B, y es clásico en sí mismo.
Los resultados de correlación se alinean temporalmente con un
retardo D_{AB} y se suman, correspondiendo el retardo D_{AB} a
la desviación temporal entre las secuencias A*X y B*X, por una
parte, y entre las secuencias A*Y y B*Y, por otra parte.
El correlacionador así constituido opera en
primer lugar una correlación basta con un paso L' y después una
correlación fina al paso de muestreo. Su complejidad es pequeña
porque el número de operaciones efectuadas es
O(log(K)+log(L)).
Aunque el ejemplo anteriormente descrito
únicamente posee dos niveles de secuencias y dos niveles de
correlación, la invención se generaliza de forma inmediata a un
número cualquiera de niveles de secuencias y de escalones
correspondientes del correlacionador jerárquico.
Claims (7)
1. Señal de sincronización utilizada para la
sincronización en un sistema de telecomunicación por radio,
caracterizada porque dicha señal de sincronización está
formada por una primera secuencia polifase y por una segunda
secuencia polifase que sigue a dicha primera secuencia polifase,
donde dicha segunda secuencia polifase es complementaria de dicha
primera secuencia polifase y está separada de dicha primera
secuencia polifase por un intervalo de separación, y donde dicho
intervalo de separación consiste en una extensión periódica de dicha
primera secuencia polifase y una extensión periódica de dicha
segunda secuencia polifase.
2. Señal de sincronización según la
reivindicación 1, caracterizada porque dicha primera
secuencia polifase está formada a partir de una primera secuencia de
Golay y dicha secuencia polifase está formada a partir de una
segunda secuencia de Golay, que es complementaria de dicha primera
secuencia de Golay.
3. Señal de sincronización según una de las
reivindicaciones 1 a 3, caracterizada porque dicha extensión
periódica de dicha primera secuencia polifase es una réplica de la
parte del principio de dicha primera secuencia polifase y está
acoplada al final de dicha primera secuencia polifase.
4. Señal de sincronización según la
reivindicación 1, 2 ó 3, caracterizada porque dicha extensión
periódica de dicha segunda secuencia polifase es una réplica de la
parte del final de dicha segunda secuencia polifase y está acoplada
al principio de dicha segunda secuencia polifase.
5. Señal de sincronización según una de las
reivindicaciones precedentes, caracterizada porque la suma de
los resultados de correlación de dicha señal de sincronización con
dicha réplica de dicha primera secuencia polifase y dicha réplica de
dicha segunda secuencia polifase produce un pico de Dirac aislado en
una ventana de tiempo.
6. Sistema de telecomunicación por radio que
comprende una primera estación de base que transmite una señal de
sincronización según una de las reivindicaciones 1 a 5, y una
segunda estación de base que correlaciona dicha señal de
sincronización con el fin de producir una señal de correlación y de
producir una información de sincronización.
7. Sistema de telecomunicación por radio según
la reivindicación 7, caracterizado porque dicha estación de
base comprende un correlacionador que correlaciona dicha señal de
sincronización con una réplica de la primera secuencia polifase y
una réplica de la segunda secuencia polifase, y también comprende un
dispositivo adicionador para adicionar los resultados de correlación
con el fin de proporcionar dicha señal de correlación que tiene un
pico de correlación aislado en una ventana de tiempo.
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