PT1333601E

PT1333601E - Método de sincronização de estações de base num sistema de telecomunicações rádio móvel

Info

Publication number: PT1333601E
Application number: PT03076165T
Authority: PT
Inventors: Marian Rudolf; Bruno Jechoux
Original assignee: Mitsubishi Electric Inf Tech
Priority date: 2000-10-03
Filing date: 2001-10-03
Publication date: 2007-03-30
Also published as: JP2002176376A; JP4650867B2; CN100365958C; DE60100361D1; ATE347758T1; US20050254466A1; CN1897493A; EP1724950A3; US6930996B2; CN1897493B; CN1193629C; CN1347255A; DE60100331D1; US7616622B2; EP1333601A1; DE60100331T2; EP1263152B1; EP1724950A2; DE60125058T2; US20020039906A1

Description

DESCRIÇÃO

MÉTODO DE SINCRONIZAÇÃO DE ESTAÇÕES DE BASE NUM SISTEMA DE TELECOMUNICAÇÕES RÁDIO MÓVEL A presente invenção diz respeito a um método de sincronização de estações de base num sistema de telecomunicações rádio móvel. Mais particularmente, a presente invenção diz respeito a um método de sincronização de estações de base para um sistema de telecomunicações do tipo duplex com divisão de tempo (TDD). 0 dito sistema de telecomunicações é por exemplo o sistema em curso de normalização, comummente chamado 3GPP W-CDMA TDD.

Na Fig. 1 representámos uma trama rádio de um tal sistema de telecomunicações. Ela é constituída por quinze intervalos de tempo de transmissão (escalas tempo) em que, por exemplo, os intervalos IT0, ITX IT2, IT5, IT5 e ITg, estão destinados ao transporte de dados (no sentido amplo da palavra) no sentido descendente (estação de base para terminal móvel) enquanto que outros, os intervalos IT3, IT4, IT7, ITg, ΙΤι0, ITn, IT12, ΙΤχ3 e IT14, estão destinados ao transporte de dados no sentido ascendente (estação móvel para estação base) . Aquando de um intervalo de transmissão, os dados (D) são transmitidos sob forma de uma sequência de símbolos. 0 intervalo inclui igualmente um midambule (M) compreendendo os símbolos pilotos permitindo a avaliação do canal, uma palavra de controlo de potência (TPC) e um intervalo de guarda (GP')· Num tal sistema, vários terminais móveis ou estações de base podem emitir ou receber dados num mesmo intervalo de tempo. As ligações estão diferenciadas por intervenção simultânea para a divisão de código (Código Divisão Múltiplo Acesso = CDMA). Os símbolos transmitidos por ou para os diferentes utilizadores são mostrados espectralmente, aproximadamente a uma frequência «chip» 1/TC onde Tc é o período de transmissão elementar.

Do facto que uma mesma frequência possa ser utilizada tanto no sentido ascendente que no sentido descendente, é imperativo assegurar a sincronização das estações base. Com efeito, se tal não seria o caso, um primeiro terminal móvel emitindo com forte potência num canal ascendente poderia interferir com um segundo rerminal móvel, próximo do primeiro, recebendo os dados sobre um canal descendente. 0 constrangimento de sincronização entre estações de base vizinhas é da ordem de alguns micro segundos (5 aproximadamente) no sistema W-CDMA TDD. 1

Para efectuar a sincronização entre estações base, vários métodos foram propostos nc estado da técnica. Segundo um primeiro método, a sincronização é obtida graças a receptores GPS equipando as estações base. Segundo um segundo método, procedemos antes de tudo numa fase inicial, por exemplo quando da colocação da rede ou de uma nova estação base, tem uma sincronização grosseira (da ordem de algumas dúzias de ms, quer dizer de algumas dúzias de milhares de «chips»). Esta sincronização grosseira inicial é assegurada pela rede, mais precísamente pelo controlador de acesso rádio (RNC) controlando várias estações de base (ainda denominadas «nódulos B») vizinhas. Uma sincronização fina é em seguida efectuada regularmente pela interface rádio entre estações de base vizinhas. Esta sincronização fina tem por fim nomeadamente corrigir o desvio dos relógios de sequência entre estações de base vizinhas. Para tal, certos intervalos de tempo estão reservados à transmissão e à recepção de um sinal de sincronização. Um intervalo de transmissão dedicado à sincronização compreende essencialmente uma sequência de sincronização (Sync) e um período de guarda (GP) A sincronização é obtida, de uma forma conhecida, por correlação da sequência recebida com uma sequência réplica daquela transmitida. A correlação é efectuada sobre uma janela temporal de largura dada pela margem de precisão da sincronização grosseira. Assim, quando uma estação de base recebe uma sequência de sincronização e detecta um pico de correlação nesta janela, ela pode sincronizar a sua sequência com aquela das estações de base vizinhas. A sequência de sincronização geralmente utilizada é longa (vários milhares de «chips») com o fim de obter uma boa precisão de correlação por uma potência por símbolo aceitável. 0 período de guarda deve ser superior ao tempo de propagação de uma estação de base para uma estação vizinha de modo a evitar, à recepção, uma usurpação da sequência de sincronização sobre um intervalo de tempo vizinho. A distância entre duas estações de base sendo mais elevada que o raio de uma célula, o período de guarda (GP) é escolhido maior que o período de guarda normal (GP' ) . 0 período de guarda (GP) deve igualmente ter em conta o desvio dos relógios de tramas. A sequência de sincronização é escolhida por ter boas propriedades de auto-correlação, a saber um pico de auto-correlação muito pronunciado. Geralmente, as sequências de sincronização utilizadas são obtidas a partir de polinómios primitivos sobre GF(2), corpo de Galois de cardinal 2. Uma tal sequência apresenta uma largura L que uma potência bfmfi de 2 menos 1, seja L = 2a - 1. É o caso nomeadamente para as sequências ditas de Gold que foram propostas no relatório TSGR1#15(00)C946 intitulada «Sequences for the cell sync burst» do Grupo de Trabalho TSG-RAN do ETSI para sincronizar estações de base vizinhas. 2

As sequências de Gold possuem boas propriedades de auto-correlação periódica (a correlação de uma sequência constituída pela repetição de uma sequência de Gold com uma réplica da sequência desta última nâo apresenta picos secundários importantes) . Em compensação, estas sequências não apresentam infelizmente tão boas propriedades de auto-correlação não periódicas (correlação de uma sequência de Gold isolada com uma réplica). Ma is ainda, o correlator geralmente utilizado opera no domínio temporal sob a forma de um filtro adaptado FIR clássico apresentando uma complexidade em 0(L) que pode ser mais elevada. Ainda por cima, a escolha dos comprimentos de tais sequências é reduzida, porque elas não podem tomar, como já vimos, que valores 2N - 1 e uma truncação conduziria a uma perda sensível das propriedades de auto-correlação.

Um propósito da presente invenção é o de propor um método de sincronização de estações de base vizinhas graças à transmissão de uma sequência de sincronização apresentando óptimas propriedades de correlação.

Um propósito secundário da invenção é o de oferecer uma vasta escolha de comprimentos de sequências de sincronização possíveis, e isto, para um fraco grau de complexidade do correlator. A presente invenção é definida por um método de sincronização de estações de base num sistema de telecomunicações rádio móvel, segundo aquela uma primeira estação de base transmite uma sequência de sincronização compreendendo uma primeira sequência seguida de uma segunda sequência, as ditas primeira e segunda sequências formam um par de sequências complementares e em que ao menos uma segunda estação de base efectua a correlação da dita sequência de sincronização com uma réplica aa primeira sequência e uma réplica da segunda sequência, os resultados de correlação sendo em seguida somatórios para dar um sinal de correlação fornecendo uma informação de sincronização. A primeira sequência está separada da segunda sequência por um intervalo de separação de comprimento predeterminado (2GP, 2E), de forma que o sinal de correlação apresente um pico de correlação isolado numa janela temporal.

Vantajosamente, as primeiras e segundas sequências são sequências complementares de Golay.

Segundo um primeiro modo de realização, o dito intervalo de separação é obtido prevendo os intervalos de guarda em volta da primeira e da segunda sequências.

Segundo um segundo modo de realização, o dito intervalo de separação é obtido prevendo uma extensão periódica da primeira sequência seguida de uma extensão periódica da segunda sequência, 3

Segundo um terceiro modo de realização, a primeira sequência é gerada por meio de uma primeira sequência de Golay e por uma sequência auxiliar multiplicando sucessivamente a dita primeira sequência de Golay pelos bits da primeira sequência auxiliar.

Do mesmo modo, a segunda sequência pode ser gerada por meio de uma segunda sequência de Golay, complementar da dita primeira sequência de Golay, e por uma segunda sequência auxiliar multiplicando sucessivamente a dita segunda sequência de Golay pelos bits da primeira segunda sequência auxiliar.

Vantajosamente, a primeira sequência auxiliar e a segunda sequência auxiliar são sequências complementares de Golay.

Segundo uma variante de realização, a correlação é efectuada por uma filtragem em grade.

As caracteristicas da invenção mencionadas acima, bem como outras, aparecerão mais claramente à leitura da descrição seguinte feita em relação com a figuras anexas, entre as quais: A Fig. 1 representa de forma esquemática uma trama de emissão de um sistema de transmissão do tipo W-CDMA TDD; A Fig. 2A representa um primeiro modo de realização da invenção; A Fig. 2B representa um segundo modo de realização da invenção; A Fig. 2C representa um terceiro modo de realização da invenção; A Fig. 3 representa um correlator útil ao terceiro modo de realização da invenção. A ideia geral, base da invenção, é a de utilizar, para a sincronização de estações de base vizinhas, um par de códigos complementares, por exemplo códigos complementares polifásicos, mais particularmente um par de códigos complementares de Golay. Os códigos complementares, conhecidos como tais, têm por propriedade importante que a soma das suas funções de auto-correlação não periódicas é uma função de Dirac. Contrariamer.te, se notamos (A, B) um par de tais códigos complementares, temos cpAA(m) +<pBB (m) =δ (m) onde m é o índice de tempo, δ o símbolo de Kronecker e φ a função de auto-correlação não periódica.

No seguimento da descrição, será essencialmente feito menção de códigos complementares de Golay. A invenção aplica-se todavia aos códigos complementares em geral. 4

Por outro lado, como descrito nomeadamente no artigo de S.Z. Budisin, intitulado «Efficient pulse compressor for Golay complementarv sequences» é publicado na Electronics Letters, Vol. 27, N° 3, páginas 219-220 em Janeiro de 1991, o correlator pode ser realizado graças a um filtro em grade apresentando uma complexidade em O(logL) e não em Q(L) como num filtro adaptado FIR clássico. Este filtro em grade é ainda chamado filtro EGC por Efficient Golay Correlator. Um exemplo de realização do filtro EGC é dado o artigo de B.M. Popovic intitulado «Efficient Golay Correlator», publicado no IEEE Electronics Letters, Vol. 35, N° 17, Janeiro de 1999.

Além disso, para um dado comprimento autorizado, existem várias sequências de Golay possíveis. Com efeito, as sequências de

Golay sendo geradas por códigos geradores, podemos mostrar que dois códigos geradores distintos e de comprimento igual geram as sequências de Golay igualmente distintas e de comprimento igual. Essas sequências possuem boas propriedades de inter-correlaçáo (quer dizer de baixos valores de inter-correlação) , permitindo por exemplo a grupos de esrações de base, utilizar códigos distintos ou ainda efectuar uma sincronização das estações de base em diferentes momentos da sua sequência.

Um primeiro modo de realização da invenção está ilustrado na

Fig. 2A. Segundo este modo de realização, uma sequência de sincronização é constituída por duas sequências complementares de Golay A e B transmitidas simultaneamente no tempo, cada sequência sendo precedida e seguida por um intervalo de guarda, como descrito no pedido francês FR-A-9916851 depositado em 30-12-1999 em nome da requerente. Esta sequência é transmitida por uma estação de base e é recebida por uma estação de base vizinha. Na recepção, a sequência de sincronização é correlacionada com uma réplica da sequência A e uma réplica da sequência B, o resultado da correlação com a sequência A é retardado de modo a ser temporalmente alinhado com c resultado de correlação com a sequência B antes que eles sejam somados, o pico de Dirac sendo obtido quando as réplicas de A e B estão alinhadas com as sequências correspondentes. A presença do intervalo de guarda GP? assegura que, aquando da correlação, as sequências A e B não sobreponham as réplicas complementares correspondentes, a saber B e A respectivamente, numa janela temporal centrada sobre a posição de alinhamento temporal. Assim, os picos de correlação secundários podendo resultar da inter-correlaçãc entre sequências e réplicas complementares sâo rejeitados fora desta janela. Mais precisamente, se GP2 2.GP3=2.GPi=2.GP, a soma dos dois resultados de correlação apresenta um pico de Dirac isolado numa janela de largura 2.GP em volta da posição de alinhamento temporal. As correlações são vantajosamente efectuadas pelos correlatores EGC, tal que mais acima mencionados. 5

Um. segundo modo de realização da invenção está ilustrado na Fig. 2B. Segundo este modo de realização, uma sequência de sincronização é constituída por duas sequências complementares de Golay transmitidas simultaneamente no tempo, cada sequência sendo precedida e seguida por uma extensão periódica, como explicado no pedido francês intitulado «Sequência de avaliação de canal e processo de avaliação de canal de transmissão utilizando uma tal sequência» depositado em nome da requerente. A extensão periódica de uma dada sequência é uma truncação da sequência periódica obtida por repetição da dita sequência. Para tal, é suficiente de encadear à sequência para alongar um. prefixo correspondente ao fim e um sufixo correspondente ao princípio da dita sequência. Indicamos esquematicamente na Fig. 2B, o encadeamento de prefixos e de sufixos para duas sequências complementares de Golay, A e B. A sequência de sincronização é constituída ela mesma por duas sequências assim alongadas ext(A) e ext(B). As extensões periódicas produzem a mesma vantagem que o intervalo de guarda GP2, a saber a ausência de picos de correlação secundários em volta do pico de Dirac numa. certa janela temporal. Mais precisamente, se os sufixos e prefixos são de tamanho idêntico e igual a E, a soma dos resultados de correlação apresentará um pico de Dirac isolado numa janela de largura 2.E em volta da posição de alinhamento temporal. Isto compreende-se facilmente se considerarmos a hipótese cnde a sequência de sincronização compreende as sequências A e B completamente periódicas. A correlação com as réplicas de A e B produz então uma série de picos de Dirac de período L. Uma extensão periódica de amplitude E volta a truncar esta série por uma janela de largura 2.E em volta do pico de alinhamento temporal. A vantagem deste modo de realização em relação ao precedente é o de não provocar variações bruscas de potência de sinal entre as sequências A e B, ao nível do amplificador do emissor. Estas variações brutais podem gerar frequências elevadas, de interferência inter símbolo e seguidamente degradar, à recepção, os resultados de correlação.

Um terceiro modo de realização da invenção está ilustrado na Fig. 2C. Segundo este modo de realização, geramos, a partir de uma sequência de Golay A ou B e de uma sequência auxiliar X, uma sequência compósito, segundo o modo de construção das sequências hierárquicas. Mais precisamente, multiplica-se sucessivamente o primeiro bit da sequência auxiliar X por todos os bíts da sequência A, depois 0 segundo bit da segunda sequência por todos os bits da sequência A, assim seguidamente e encadeamos as sequências obtidas. Notaremos em seguida A*X uma tal sequência compósito, A sendo a sequência de base e X a sequência auxiliar geradora. As sequências de Golay complementares A e B podem ser assim multiplicadas por sequências auxiliares, X, Y, idênticas ou distintas, estas últimas podendo aliás ser elas mesmas sequências de Golay. 6

Sejam Δ*Χ e B*X sequências compósitos obtidas a partir de um par A, B de sequências complementares de Golay, de comprimento L, alongadas por prefixos e sufixes de tamanho E.A*X e B*X são transmitidas simultaneamente no tempo e separadas por um intervalo W. 0 sinal recebido é correlacionado com a sequência A por um lado e com a sequência B por outro lado. 0 resultado da primeira correlação é retardado de (L+2E)+W e é somado com o resultado da segunda correlação. A soma obtida é uma sequência R comportando uma série de picos de Dirac de período L'=L+2E modulados pelos valores Xo, Xi,....Xs onde K é o comprimento da sequência X, cada pico sendo rodeado por uma janela de largura 2.E não comportando que zeros. A sequência R é em seguida submetida a uma filtragem por um filtro linear de resposta: H(z)= X0+Xi.Z"L'+...+Xk.Z~K-L' A sequência R filtrada comporta um pico de Dirac de altura 2.K.L ao meio de uma janela nula de largura 2.E o que permite de a detectar facilmente. Além disso, a sequência total constituída por sequências A*X e Β'^Χ transmitidas simultaneamente no tempo é de comprimento total 2.(L+2.E).K+W, o que oferece uma vasta escolha de comprimentos de sequências autorizados.

Segundo uma outra variante de realização, geramos quatro sequências compósitos A*X, A*Yr B*X, B*Y onde A, B formam um primeiro par de sequências complementares de Golay alongadas ou não e X, Y formam um segundo par de sequências complementares de Golay servindo de sequências auxiliares geradoras.

As sequências compósitos são transmitidas simultaneamente no tempo e separadas por intervalos que nós supomos iguais e de largura W. As sequências A e B são de comprimento 1/=1, + 2. E onde L é a largura da seouência de base e E o tamanho da extensão, as sequências X, Y sendo de comprimento K. 0 comprimento da sequência total é então de 4(L+2E)K+3W, o que oferece uma vasta escolha de comprimentos de sequências autorizadas. A presente variante tira partido do facto que dispomos de 1/ pares de sequências complementares (X,Y) sob a forma de sub-sequências Sra e S'm com Sm(n) = (A*X) n.i/+m e S'm(n) = (B*X) m=0,......,L'-1 obtidas por dizimação da sequência total inicial. Em vez de efectuar uma correlação com um correlator EGC, utilizamos um correlator «hierárquico», o primeiro andar do correlator função EGC modificado tal que representado na Fig. 3.

Suponhamos que c par de sequências X e Y foi gerado classicamente por uma sequência elementar S0,......, S^-i, onde K=2K-1 e os atrasos D'o,D';,......, D' k_i com D'i=2?1 onde (P0,Pi,......,Pk-i) é uma permutação sobre c conjunto (0,1,......,k-l) da forma repetitiva seguinte: X0(i)=5(i); Y0(i)=5(i) ; 7 X„(i)= Xn-xUKSn-i.Xn-iU-D'!) ; Yn(i) = Yn-líD-Sn-i.Yn-líi-D^i);

Do mesmo modo, suponhamos que o par de sequências A,B foi gerado pela sequência elementar onde L-2'-l e os atrasos

conjunto (0,1,......,1-1). A primeira categoria de correlação efectua uma correlação com o par de sequências, X,Y, mas difere de um correlator EGC clássico em que os atrasos foram multiplicados por um factor L' para ter conta da dispersão das amostras. Os dois resultados de correlação são somados após o alinhamento temporal por um atraso Dxy, o atraso Dxy separando as sequências A+X e A*Y, por um lado, e as sequências B*X e B*Y, por outro lado. A segunda categoria do correlator efectua a correlação com o par de sequências A, B e é clássica nela mesmo. Os resultados de correlação são alinhados temporalmente por um atraso DRB e somados, o atraso DftB correspondendo ao afastamento temporal entre as sequências A*X e B+X, por um lado, e as sequências A*Y e B*Y, por outro lado. O correlator assim constituído opera antes de tudo uma correlação grosseira com um passo 1/ depois uma correlação fina ao passo de amostragem. A sua complexidade é fraca uma vez que o número de operações efectuadas é em O(log(K)+log(L)).

Bem que o exemplo acima descrito possui somente dois níveis de sequências e dois níveis de correlação, a invenção generaliza-se de forma imediata a um número qualquer de níveis de sequências e de categorias correspondentes do correlator hierárquico.

Lisboa, 26 de Fevereiro de 2007.

Pela Requerente

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Claims

REIVINDICAÇÕES 1. Sinal de sincronização utilizado para a sincronização num sistema de telecomunicações por rádio, caracterizado por o dito sinal de sincronização ser formado por uma primeira sequência poiifásica e por uma segunda sequência polifásica seguindo a dita primeira sequência polifásica, a dita segunda sequência polifásica sendo complementar da dita primeira sequência polifásica e separada da dita primeira sequência polifásica por um intervalo de separação, o dito intervalo de separação consistindo numa extensão periódica da dita primeira sequência polifásica e uma extensão periódica da dita segunda sequência polifásica.
2. Sinal de sincronização segundo a reivindicação 1, caracterizado por a dita primeira sequência polifásica ser formada a partir de uma primeira sequência de Golay e a dita sequência polifásica ser formada a partir de uma segunda sequência de Golay que é compleir.entar da dita primeira sequência de Golay.
3. Sinal de sincronização segundo uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado por a dita extensão periódica da dita primeira sequência polifásica ser uma réplica da parte do principio da dita primeira sequência polifásica e ser unida ao fim da dita primeira sequência polifásica.
4. Sinal de sincronização segundo a reivindicação 1 ou 2 ou 3, caracterizado por a dita extensão periódica da dita segunda sequência polifásica ser uma réplica da parte do fim da dita segunda sequência polifásica e ser unida ao princípio da dita segunda sequência polifásica.
5. Sinal de sincronização segundo uma das reivindicações precedentes, caracterizado por a soma dos resultados de correlação do dito sinal de sincronização com a dita réplica da dita primeira sequência polifásica e a dita réplica da dita segunda sequência polifásica produzir um picc de Dirac isolado numa janela de tempo.
6. Sistema de telecomunicações por rádio caracterizado por compreender uma primeira estação de base transmitindo um sinal de sincronização segundo uma das reivindicações 1 a 5, e uma segunda estação de base correlacionando o dito sinal de sincronização afim de produzir um sinal de correlação e produzir uma informação de sincronização. 1
7, Sistema de telecomunicações por rádio segundo a reivindicação 7, caracterizado por a dita estação de base compreender um correlator correlacionando o dito sinal de sincronização com uma réplica da primeira sequência polifásica e uma réplica da segunda sequência polifásica, e um adicionador para adicionar os resultados de correlação para dar o dito sinal de correlação tendo um pico de correlação isolado numa janela de tempo. Lisboa, 26 de Fevereiro de 2007. Pela Requerente G Lger.te Oficial ROSÁRÍO CRUZ GARCIA Agenie Oficial da Propriedade Industrial Av.‘ Conselheiro Fernando de Sousa, 11-15.* 1070-072 LISBOA 2