ES2146570T3 - Modem(cdma) de acceso multiple por division de codigos. - Google Patents

Modem(cdma) de acceso multiple por division de codigos.

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ES2146570T3
ES2146570T3 ES99122098T ES99122098T ES2146570T3 ES 2146570 T3 ES2146570 T3 ES 2146570T3 ES 99122098 T ES99122098 T ES 99122098T ES 99122098 T ES99122098 T ES 99122098T ES 2146570 T3 ES2146570 T3 ES 2146570T3
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Fatih Ozluturk
Avi Silverberg
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Abstract

Un módem CDMA incluye un transmisor módem que tiene: un generador de código que facilita una señal de código piloto asociada y que genera una pluralidad de señales código de mensaje; un circuito expansor que produce una señal de mensaje de espectro expandido mediante la combinación de cada una de las señales de información con una respectiva señal código de mensaje; y un generador de código de piloto global que facilita una señal código piloto global con la que se sincronizan las señales código de mensaje. El módem CDMA incluye también un receptor módem que tiene un generador de código de piloto asociado y un grupo de correladores de código de piloto asociados para correlacionar las versiones retardadas de código-fase de la señal piloto asociada con una señal CDM recibida para producir una señal piloto asociada desexpandida. La fase de código de la señal piloto asociada se cambia sensible a un valor de señal de adquisición hasta que se reciba una señal piloto. La lógica de seguimiento de código piloto de piloto asociado ajusta la señal código piloto asociada en fase sensible a la señal de adquisición de forma que se maximiza el nivel de potencia de señal de la señal código piloto asociada desexpandida. Finalmente, el receptor módem CDMA incluye un grupo de circuitos de adquisición de señal de mensaje, incluyendo cada uno de ellos una pluralidad de correlacionadores de señal de mensaje recibidas que correlacionan la respectiva señal de código de mensaje recibida local con la señal CDM para producir una respectiva señal de mensaje recibida desexpandida.

Description

Módem (CDMA) de acceso múltiple por división de códigos.
Antecedentes de la invención
Proporcionar servicios de telecomunicaciones de calidad a grupos de usuarios que están clasificados como remotos, tales como sistemas de telefonía rural y sistemas de telefonía en países subdesarrollados, ha demostrado ser un reto en los últimos años. Las necesidades pasadas creadas por estos servicios han sido satisfechas parcialmente por los servicios inalámbricos de radio, tales como los sistemas fijos o móviles de multiplexado por división de frecuencias (FDM = Frequency Division Multiplex), de acceso múltiple por división de frecuencias (FDMA = Frequency Division Multiple Access), de multiplexado por división en el tiempo (TDM = Time Division Multiplex), de acceso múltiple por división en el tiempo (TDMA = Time Division Multiple Access), sistemas de combinación de división de frecuencias y división en el tiempo (FD/TDMA), y otros sistemas de radio móvil con base en tierra. A menudo, estos servicios remotos se enfrentan con más usuarios potenciales de los que pueden ser soportados simultáneamente por su capacidad de anchura de banda de frecuencias o espectral.
Reconociendo estas limitaciones, los recientes avances en comunicaciones inalámbricas han usado técnicas de modulación de espectro expandido para proporcionar comunicaciones simultáneas para múltiples usuarios. La modulación de espectro expandido se refiere a modular una señal de información con una señal de código de expansión, siendo generada la señal de código de expansión por un generador de códigos donde el periodo Tc del código de expansión es sustancialmente menor que el periodo de los bits de datos de información o señal de símbolo. El código puede modular la frecuencia portadora sobre la cual se ha enviado la información, denominada expansión por saltos de frecuencia (frequency-hopped spreading), o puede modular directamente la señal multiplicando el código de expansión con la señal de datos de información, denominada expansión de secuencia directa (DS = Direct-sequence Spreading). La modulación de espectro expandido produce una señal con anchura de banda sustancialmente mayor que la requerida para transmitir la señal de información, y la recepción y la supresión de expansión síncronas de la señal en el demodulador del receptor recupera la información original. El demodulador síncrono usa una señal de referencia para sincronizar los circuitos de supresión de expansión con la señal de entrada modulada con espectro expandido, a fin de recuperar las señales de la portadora y de la información. La señal de referencia puede ser un código de expansión que no esté modulado por una señal de información.
La modulación de espectro expandido en redes inalámbricas ofrece muchas ventajas porque múltiples usuarios pueden usar la misma banda de frecuencias con interferencias mínimas en cada receptor de usuario. La modulación de espectro expandido reduce también los efectos de otras fuentes de interferencia. Además, las técnicas de modulación y demodulación síncronas de espectro expandido se pueden ampliar proporcionando múltiples canales de mensajes para un usuario, cada uno expandido con un código de expansión diferente, aunque transmitiendo solamente una única señal de referencia al usuario.
Un área en la que se usan las técnicas de espectro expandido es en el campo de las comunicaciones celulares móviles para proporcionar servicios de comunicaciones personales (PCS = Personal Communication Service). Tales sistemas soportan deseablemente grandes números de usuarios, controlan el desplazamiento Doppler y el debilitamiento, y proporcionan señales de datos digitales de alta velocidad con bajas tasas de errores binarios. Estos sistemas emplean una familia de códigos de expansión ortogonales o cuasi ortogonales con una secuencia de códigos de expansión pilotos sincronizada con la familia de códigos. A cada usuario está asignado uno de los códigos de expansión como una función de expansión. Problemas relacionados con tal sistema son: soportar un gran número de usuarios con los códigos ortogonales, manejar poca potencia disponible para unidades remotas, y tratar efectos de debilitamiento en caminos múltiples. Las soluciones a tales problemas incluyen usar sistemas de antenas en fase para generar múltiples haces orientables, usar secuencias de códigos ortogonales o cuasi ortogonales muy largos que se vuelven a usar por desplazamiento cíclico del código sincronizado con una referencia central, y combinar en diversidad señales de caminos múltiples.
El documento WO 92/00639 describe un sistema CDMA, en el que se definen canales de sincronización de piloto, de mensajes de búsqueda y de voz, en enlaces de célula a móvil, y se definen canales de acceso y de voz en enlaces de móvil a célula. El documento DE 37 43 731 A1 describe un generador de códigos locales usado en el control de señales proporcionadas a circuitos de filtro y circuitos detectores.
Resumen de la invención
La presente invención proporciona un módem CDMA según la reivindicación 1.
Cada una de las estaciones de portadora de radio (Radio Carrier Station = RCS) y unidades de abonado (Subscriber Unit = SU) contienen módems CDMA según la presente invención para transmisión y recepción de señales de telecomunicaciones que incluyen señales de información y señales de control de conexión. Un módem CDMA que incluye una realización de la presente invención incluye un transmisor de módem que tiene: un generador de códigos que proporciona una señal asociada de código piloto y que genera una pluralidad de señales de códigos de mensajes; un circuito de expansión que combina cada una de las señales de información con una respectiva de las señales de códigos de mensajes para generar una señal de mensaje procesada con espectro expandido; y un generador de código piloto global que proporciona una señal de código piloto global con la cual están sincronizadas las señales de códigos de mensajes.
El módem CDMA ejemplar incluye también un receptor de módem que tiene unos circuitos lógicos asociados de adquisición y rastreo de código piloto. Los circuitos lógicos asociados de adquisición de código piloto incluyen un generador asociado de código piloto y un grupo de correlacionadores asociados de código piloto para correlacionar versiones de códigos retrasadas en fase de la señal piloto asociada, con una señal multiplexada por división de código (CDM = Code Division Multiplex) recibida, para producir una señal piloto asociada de expansión suprimida. La fase de código de la señal piloto asociada es cambiada en respuesta a un valor de señal de adquisición hasta que un detector indique la presencia de la señal piloto asociada de expansión suprimida cambiando el valor de la señal de adquisición. La señal asociada de código piloto está sincronizada con la señal piloto global. Los circuitos lógicos asociados de rastreo de código piloto ajusta la fase de la señal asociada de código piloto, en respuesta a la señal de adquisición, de modo que se maximice el nivel de potencia de señal, de la señal piloto asociada de expansión suprimida. Finalmente, el receptor del módem CDMA incluye un grupo de circuitos de adquisición de señales de mensajes. Cada circuito de adquisición de señales de mensajes incluye una pluralidad de correlacionadores de señales de mensajes recibidas que correlacionan la señal local de código de mensaje recibida, con la señal CDM, para producir una respectiva señal de expansión suprimida de mensaje recibido.
Breve descripción de los dibujos
La Figura 1 es un diagrama de bloques de un sistema de comunicaciones de acceso múltiple por división de código, según la presente invención.
La Figura 2a es un diagrama de bloques de un registro de desplazamiento lineal de 36 etapas, adecuado para ser usado con código de expansión largo del generador de códigos de la presente invención.
La Figura 2b es un diagrama de bloques de circuitos, que ilustra la operación de alimentación hacia delante del generador de códigos.
La Figura 2c es un diagrama de bloques de un generador de códigos ejemplar de la presente invención, que incluye el circuito para generar secuencias de códigos de expansión, de los códigos de expansión largos y los códigos de expansión cortos.
La Figura 2d es una realización alternativa del circuito generador de códigos, que incluye retardos para compensar los retardos de los circuitos eléctricos.
La Figura 3a es un gráfico de los puntos de constelación de la señal QPSK de código de expansión piloto.
La Figura 3b es un gráfico de los puntos de constelación de la señal QPSK de canal de mensajes.
La Figura 3c es un diagrama de bloques de un circuito ejemplar que lleva a la práctica el método de rastreo de la fase del código de expansión recibido, de la presente invención.
La Figura 4 es un diagrama de bloques del circuito de rastreo que rastrea el mediano de los componentes de la señal de caminos múltiples recibida.
La Figura 5a es un diagrama de bloques del circuito de rastreo que rastrea el centroide de los componentes de la señal de caminos múltiples recibida.
La Figura 5b es un diagrama de bloques del Correlacionador de Vector Adaptativo.
La Figura 6 es un diagrama de bloques del circuito ejemplar que lleva a la práctica el método de decisión de adquisición de la fase correcta de código de expansión del código piloto recibido, de la presente invención.
La Figura 7 es un diagrama de bloques de un filtro de rastrillo piloto ejemplar, que incluye el circuito de rastreo y el bucle digital de enclavamiento de fase (DPLL = Digital Phase Locked Loop), para la supresión de expansión del código de expansión piloto, y el generador de factores de desrotación, de la presente invención.
La Figura 8a es un diagrama de bloques de un correlacionador ejemplar de vector adaptativo y filtro adaptativo adaptado para la supresión de expansión y combinación de los componentes de caminos múltiples, de la presente invención.
La Figura 8b es un diagrama de bloques de una realización práctica alternativa del correlacionador de vector adaptativo y filtro adaptativo adaptado para la supresión de expansión y combinación de los componentes de caminos múltiples, de la presente invención.
\newpage
La Figura 8c es un diagrama de bloques de una realización alternativa del correlacionador de vector adaptativo y filtro adaptativo adaptado para la supresión de expansión y combinación de los componentes de caminos múltiples, de la presente invención.
La Figura 8d es un diagrama de bloques del Filtro Adaptativo Adaptado de una realización de la presente invención.
La Figura 9 es un diagrama de bloques de los elementos de una estación de portadora de radio (RCS = Radio Carrier Station) ejemplar, de la presente invención.
La Figura 10 es un diagrama de bloques de los elementos de una unidad de interfaz de módem (MIU = Modem Interface Unit) ejemplar, de la RCS mostrada en la Figura 9.
La Figura 11 es un diagrama de bloques de alto nivel, que muestra los circuitos de transmisión, recepción, control y generación de códigos del módem CDMA.
La Figura 12 es un diagrama de bloques de la sección transmisora del módem CDMA.
La Figura 13 es un diagrama de bloques de un receptor ejemplar de señal de entrada de módem.
La Figura 14 es un diagrama de bloques de un codificador convolucional ejemplar, como el usado en la presente invención.
La Figura 15 es un diagrama de bloques de la sección receptora del módem CDMA.
La Figura 16 es un diagrama de bloques de un filtro adaptativo adaptado ejemplar, como el usado en la sección receptora del módem CDMA.
La Figura 17 es un diagrama de bloques de un rastrillo piloto ejemplar, como el usado en la sección receptora del módem CDMA.
La Figura 18 es un diagrama de bloques de un rastrillo piloto auxiliar ejemplar, como el usado en la sección receptora del módem CDMA.
Descripción de la realización ejemplar
Un sistema ejemplar que incluye un módem según la presente invención proporciona un servicio telefónico de bucle local que usa enlaces de radio entre una o más estaciones base y múltiples unidades remotas de abonados. En la realización ejemplar, se describe el enlace de radio para una estación base que comunica con una unidad fija de abonado (FSU = Fixed Subscriber Unit), pero el sistema es igualmente aplicable a sistemas que incluyen múltiples estaciones base con enlaces de radio, tanto a FSU como a unidades móviles de abonados (MSU = Mobile Subscriber Unit). Por consiguiente, las unidades remotas de abonados son denominadas aquí como Unidades de Abonado (SU = Subscriber Unit). Con referencia a la Figura 1, en el sistema ejemplar, la estación base (Base Station) BS 101 proporciona conexiones de llamadas a la central local (Local Exchange) LE 103 u otra interfaz de conmutación de red telefónica, e incluye la Estación de Portadora de Radio (Radio Carrier Station) RCS (104). Una o más RCS 104, 105, 110 están conectadas a la Unidad de Distribución de Radio (Radio Distribution Unit) RDU 102 a través de los enlaces 131, 132, 137, 138, 139, y la RDU 102, a su vez, se conecta con la LE 103 transmitiendo y recibiendo señales de establecimiento de llamadas, de control y de información a través de enlaces telco 141, 142, 150. Las unidades de abonado SU 116, 119 se comunican con la estación de portadora de radio RCS 104 a través de los enlaces de radio 161, 162, 163, 164, 165. Tanto la RCS como las SU incluyen módems CDMA que establecen y mantienen los enlaces de radio. Alternativamente, otra realización de la invención puede incluir varias SU y una SU "maestra" (MSU = Master Subscriber Unit) que funciona de manera muy parecida a la RCS para permitir la comunicación entre las SU. Dicha realización puede tener o no tener conexión con una red telefónica
local.
Aunque la realización descrita usa diferentes anchuras de banda de espectro expandido centradas alrededor de una portadora, para los canales de transmisión y recepción de espectro expandido, el presente método se extiende fácilmente a sistemas que usan múltiples anchuras de banda de espectro expandido para los canales de transmisión, y múltiples anchuras de banda de espectro expandido para los canales de recepción. Alternativamente, como los sistemas de comunicaciones de espectro expandido tienen la característica inherente de que una transmisión de usuario aparece como ruido para otro receptor de usuario de supresión de expansión, una realización puede emplear el mismo canal de espectro expandido, tanto para los canales del camino de transmisión como para los canales del camino de recepción. En otras palabras, las transmisiones de Enlaces Ascendentes y Enlaces Descendentes pueden ocupar la misma banda de frecuencias.
En la presente realización, la información binaria de símbolos expandida es transmitida por los enlaces de radio 161 a 165 usando modulación por manipulación de desplazamiento de fase en cuadratura (QPSK = Quadrature Phase Shift Keying) con Conformación de Impulsos Nyquist, aunque se pueden usar otras técnicas de modulación, incluyendo, pero no limitadas a, modulación por manipulación de desplazamiento de fase en cuadratura con desplazamiento (Offset QPSK = OQPSK) y modulación por manipulación de desplazamiento mínimo (MSK = Minimum Shift Keying).
Para generar grandes familias de códigos casi mutuamente ortogonales usados por los módems CDMA, el módem ejemplar incluye un generador de secuencias de códigos. Las secuencias de códigos están asignadas a un respectivo canal lógico del sistema de comunicaciones de espectro expandido, que incluye la transmisión En-fase (I) y en Cuadratura (Q) sobre canales de comunicaciones de RF. Un grupo de secuencias se usa como secuencias pilotos que son transmitidas sin ser moduladas por una señal de datos. El circuito generador de secuencias de códigos incluye un generador de secuencias de códigos largos que incluye un registro de desplazamiento lineal con realimentación (LFSR = Linear Feedback Shift Register), una memoria que proporciona una secuencia de códigos pares cortos, y una pluralidad de secciones de desplazamiento cíclico de alimentación hacia delante, cada una de las cuales proporciona una respectiva secuencia de códigos de la familia de secuencias de códigos. El generador de secuencias de códigos incluye, también, un grupo de combinadores de secuencias de códigos para combinar cada secuencia de códigos generada, con la secuencia de código corto par, para producir un grupo, o familia, de secuencias de códigos largos que tienen correlación mutua relativamente baja.
Con referencia a la Figura 1, los enlaces de radio 161 a 165 incorporan el Acceso Múltiple por División de Código de Banda Ancha (B-CDMA™ = Broadband CDMA) como modo de transmisión, tanto en la dirección de Enlace Ascendente como en la dirección de Enlace Descendente. Las técnicas de comunicaciones CDMA (conocidas también como de Espectro Expandido) usadas en sistemas de acceso múltiple son bien conocidas. El sistema ejemplar descrito usa la técnica de expansión de Secuencia Directa (DS = Direct Sequence). En cada módem, uno o más moduladores CDMA efectúan la generación de secuencias de códigos de expansión de espectro expandido. Además, los módems generan, por ejemplo, una secuencia de expansión de ruido seudoaleatorio (PN = PseudoNoise); y efectúan modulación DS compleja para producir señales de manipulación de desplazamiento de fase en cuadratura (QPSK) para los canales En-fase (I) y en Cuadratura (Q). Se generan señales piloto y se transmiten con las señales moduladas. Las señales piloto de la presente realización son códigos de expansión que no están modulados por datos. Las señales piloto se usan para sincronización del sistema, recuperación de fase de portadora, y para estimar la respuesta de impulsos del canal de radio. Cada unidad de abonado (SU) incluye un solo generador piloto y, por lo menos, un modulador y demodulador CDMA, denominado módem CDMA. Cada estación de portadora de radio (RCS) 104, 105, 110 tiene un solo generador piloto, más suficientes moduladores y demoduladores CDMA para todos los canales lógicos usados por todas las unidades de abonado (SU).
El demodulador CDMA suprime la expansión de la señal con un proceso apropiado para combatir o explotar efectos de propagación de caminos múltiples. Se usan parámetros concernientes al nivel de potencia recibido para generar la información del Control Automático de Potencia (APC = Automatic Power Control) que, a su vez, es transmitida al otro extremo (es decir, desde la SU a la RCS, o desde la RCS a la SU). La información APC se usa para controlar la potencia de transmisión de los enlaces de control automático de potencia hacia delante (AFPC = Automatic Forward Power Control) y de control automático de potencia hacia detrás (ARPC = Automatic Reverse Power Control). Además, cada RCS 104, 105 y 110 puede efectuar un Control de Potencia de Mantenimiento (MPC =
Maintenance Power Control) de una manera similar al APC, para ajustar la potencia de transmisión inicial de cada unidad de abonado SU 111, 112, 115, 117 y 118.
No es necesaria la combinación de diversidad en las antenas de radio de las RCS 104, 105 y 110 porque el CDMA tiene inherente diversidad de frecuencias debido a la anchura de banda expandida. Sin embargo, los receptores pueden incluir Filtros Adaptativos Adaptados (AMF = Adaptive Matched Filter) (no mostrados en la Figura 1), que combinan las señales de caminos múltiples. En la realización ejemplar, los AMF efectúan la combinación de relación máxima (MRC = Maximal Ratio Combining).
Canales lógicos de comunicaciones
Un "canal" de la técnica anterior es considerado usualmente como un camino de comunicaciones que es parte de una interfaz, y que se puede distinguir de otros caminos de esa interfaz sin considerar su contenido. Sin embargo, en el caso del CDMA, los caminos de comunicaciones separados se distinguen solamente por su contenido. El término "canal lógico" se usa para distinguir las corrientes de datos separadas, que son lógicamente equivalentes a canales en el sentido convencional. Todos los canales y subcanales lógicos de la presente invención son correlacionados con una corriente QPSK común de 64 kilosímbolos por segundo (ksimb/s). Algunos canales están sincronizados con códigos piloto asociados que son generados de la misma manera y efectúan más o menos la misma función que el Código Piloto Global del sistema (GLPT = Global Pilot = Piloto Global). Sin embargo, las señales piloto del sistema no son consideradas canales lógicos.
Se usan varios canales lógicos de comunicaciones sobre el enlace de comunicación de RF entre la RCS y las SU. Cada canal lógico de comunicaciones tiene, ya sea un código de expansión fijo predeterminado, o bien un código de expansión asignado dinámicamente. Tanto para los códigos predeterminados como para los códigos asignados, la fase del código está sincronizada con el Código Piloto. Los canales lógicos de comunicaciones se dividen en dos grupos: el grupo de Canales Globales (GC = Global Channels) incluye aquellos canales que son transmitidos ya sea desde la RCS de la estación base a todas las SU remotas, o bien desde cualquier SU a la RCS de la estación base, independientemente de la identidad de la SU. Estos canales contienen todos los usuarios e incluyen los canales usados por las SU para tener acceso a canales de comunicaciones de mensajes. Los canales del grupo de Canales Asignados (AC = Assigned Channels) son aquellos canales que están dedicados a comunicaciones entre la RCS y una SU particular.
El grupo de Canales Globales (GC) proporciona: 1) canales lógicos de Difusión, que proporcionan servicios de punto a multipunto para mensajes de difusión para todas las SU, y mensajes de búsqueda para las SU; y 2) canales lógicos de Control de Acceso que proporcionan servicios punto a punto en canales globales para que las SU accedan al sistema y obtengan canales asignados.
Un grupo de Canales Asignados (AC) contiene los canales lógicos que controlan una sola conexión de telecomunicación entre la RCS y una SU. Las funciones desarrolladas cuando se forma un grupo AC consisten en un par de canales lógicos de mensajes de control de potencia para cada una de las conexiones de Enlace Ascendente y Enlace Descendente y, dependiendo del tipo de conexión, uno o más pares de canales de tráfico. La función de Control de Portador efectúa las necesarias funciones de control de errores hacia delante, modificación de velocidad de portador, y cifrado. Los canales lógicos que constituyen los grupos GC y AC se resumen en la Tabla 1.
TABLA 1 Canales y subcanales lógicos de la interfaz aérea B-CDMA
1
2
\newpage
Los datos APC se envían a 64 kbit/s. El canal lógico APC no está codificado con FEC (Forward Error Correction =
Corrección de Errores Hacia Delante) para evitar retardos, y se transmite a un bajo nivel de potencia para minimizar la capacidad usada para el APC. Alternativamente, los datos de APC e hilo de órdenes (OW = Order Wire) se pueden modular separadamente usando secuencias complejas de códigos de expansión, o pueden ser multiplexados por división en el tiempo con un canal de tráfico (TRCH = Traffic Channel) de 16 kbit/s.
Los códigos de expansión
Los generadores de códigos CDMA usados para codificar los canales lógicos de la presente invención, emplean Registros de Desplazamiento Lineal (LSR = Linear Shift Register) con circuitos lógicos de realimentación, que es un método bien conocido en la técnica. Los generadores de códigos de la presente realización de la invención generan 64 secuencias síncronas únicas. Cada canal de comunicaciones de RF usa un par de estas secuencias para expansión compleja (en-fase y cuadratura) de los canales lógicos, de modo que el generador proporciona 32 secuencias de expansión complejas. Las secuencias son generadas por una sola "semilla" que es cargada inicialmente en un circuito de registro de desplazamiento.
La generación de secuencias de códigos de expansión y selección de semilla
El periodo de los códigos de expansión de la presente invención está definido como un múltiplo entero de la duración de símbolo, y el comienzo del periodo del código es también el comienzo del símbolo. La relación entre anchuras de banda y las longitudes de símbolos escogida para la realización ejemplar de la presente invención es:
3
La longitud del código de expansión también es un múltiplo de 64 y de 96 para soporte de trama RDSI (Red Digital de Servicios Integrados). El código de expansión es una secuencia de símbolos, denominada chips o valores de chips. Los métodos generales de generación de secuencias seudoaleatorias usando matemáticas Galois Field son conocidos por los expertos en la técnica; sin embargo, el inventor ha desarrollado un único grupo, o familia, de secuencias de códigos para la presente invención. Primeramente se escoge la longitud del registro de desplazamiento lineal con realimentación para generar una secuencia de códigos, y el valor inicial del registro se denomina una "semilla". En segundo lugar se impone la restricción de que ninguna secuencia de códigos generada por una semilla de código pueda ser un desplazamiento cíclico de otra secuencia de códigos generada por la misma semilla de código. Finalmente, ninguna secuencia de códigos generada de una semilla puede ser un desplazamiento cíclico de una secuencia códigos generada por otra semilla.
El inventor ha determinado que la longitud del código de expansión de valores de chips de la presente invención es:
\hskip6cm
128 x 233415 = 29877120
\hskip6cm
(1)
Los códigos de expansión son generados combinando una secuencia lineal de periodo 233415 y una secuencia no lineal de periodo 128.
La secuencia no lineal de longitud 128 es llevada a la práctica como una secuencia fija cargada en un registro de desplazamiento con una conexión de realimentación. La secuencia fija puede ser generada por una secuencia-m de longitud 127 completada con un valor lógico adicional 0, 1, o valor aleatorio, como es bien conocido en la técnica.
La secuencia lineal de longitud L = 233415 es generada usando un circuito de registro de desplazamiento lineal con realimentación (LFSR = Linear Feedback Shift Register) con 36 etapas. Las conexiones de realimentación corresponden a un polinomio irreducible h(n) de grado 36. El polinomio h(x) escogido por el inventor, para la realización ejemplar de la presente invención, es:
\hskip1cm
h(x) = x^{36} + x^{35} + x^{30} + x^{28} + x^{26} + x^{25} + x^{22} + x^{20} + x^{19} + x^{17}
{}\hskip6cm + x^{16} + x^{15} + x^{14} + x^{12} + x^{11} + x^{9} + x^{8} + x^{4} + x^{3} + x^{2} + x^{1}
\hskip2cm
(2)
Se determina un grupo de valores "semilla" para un LFSR, que representa el polinomio h(x) de la ecuación (2), que genera secuencias de códigos que son casi ortogonales entre sí. El primer requisito de los valores semilla es que los valores semilla no generen dos secuencias de códigos que sean simplemente desplazamientos cíclicos una de otra.
La presente invención incluye un método para aumentar el número de semillas disponibles para usar en un sistema de comunicaciones CDMA, reconociendo que se pueden usar simultáneamente ciertos desplazamientos cíclicos de las secuencias de códigos determinadas previamente. El retardo de ida y vuelta para los tamaños de células y anchuras de banda de la presente invención es menor de 3000 chips. En una realización de la presente invención, se pueden usar desplazamientos cíclicos de una secuencia, suficientemente separados, dentro de la misma célula, sin causar ambigüedad para un receptor que intente determinar la secuencia de códigos. Este método agranda el grupo de secuencias disponibles para el uso.
Efectuando las pruebas descritas anteriormente, un total de 3879 semillas primarias fueron determinadas por el inventor mediante cálculos numéricos. Estas semillas vienen dadas matemáticamente como
\hskip6,5cm
d^{n} módulo h(x)
\hskip7cm
(3)
donde se presentan 3879 valores de n en el apéndice, con d = (00, ... 00111).
Cuando se conocen todas las semillas primarias, todas las semillas secundarias de la presente invención se derivan de las semillas primarias desplazándolas múltiplos del módulo h(x) de 4095 chips. Una vez que se ha determinado una familia de valores de semilla, estos valores se almacenan en memoria y se asignan a canales lógicos cuando sea necesario. Una vez asignados, el valor inicial de semilla es cargado simplemente en el LFSR para producir la necesaria secuencia de códigos de expansión asociada con el valor de semilla.
Estructuras de Épocas y Sub-Épocas
Los códigos de expansión largos complejos usados para el sistema de la presente invención tienen un número de chips después de los cuales se repite el código. El periodo de repetición de la secuencia de expansión se denomina una época. Para correlacionar los canales lógicos a códigos de expansión CDMA, la presente invención usa una estructura de Épocas y Sub-épocas. El periodo de código para el código de expansión CDMA, para modular canales lógicos, es 29877120 chips/periodos de código, que es el mismo número de chips para todas las anchuras de banda. El periodo de código es la época de la presente invención, y la Tabla 2 define la duración de la época para las velocidades de chips soportadas. Además, se definen dos sub-épocas sobre la época del código de expansión, y tienen una longitud de 233415 chips y 128 chips.
La sub-época de 233415 chips se denomina sub-época larga, y se usa para sincronizar eventos en la interfaz de comunicación de RF tal como conmutación de clave de cifrado y cambio de códigos globales a códigos asignados. La época corta de 128 chips se define para usar como una referencia adicional de tiempos. La mayor velocidad de símbolos usada con un solo código CDMA es 64 ksimb/s. Siempre hay un número entero de chips en una duración de símbolo para las velocidades de símbolos soportadas de 64, 32, 16 y 8 ksimb/s.
TABLA 2 Anchuras de banda, velocidades de chips y épocas
4
Se generan secuencias cíclicas de la técnica anterior usando circuitos de registros de desplazamiento lineal con realimentación (LFSR). Sin embargo, este método no genera secuencias de longitud par. En la Figura 2a, la Figura 2b y la Figura 2c se muestra una realización del generador de secuencias de códigos de expansión que usa las semillas de códi-
gos generadas previamente. El sistema ejemplar usa un LFSR 201 de 36 etapas para generar una secuencia de periodo
N' = 233415 = 3^{3} x 5 x 7 x 13 x 19,
que es C_{0} en la Figura 2a. En las Figuras 2a, 2b y 2c, el símbolo \oplus representa una suma binaria (O-EXCLUSIVO). Un generador de secuencias diseñado como antes genera las partes en-fase y en cuadratura de un grupo de secuencias complejas. Las conexiones de tomas intermedias y el estado inicial del LFSR de 36 etapas determinan la secuencia generada por este circuito. Los coeficientes de tomas intermedias del LFSR de 36 etapas se determinan de tal manera que las secuencias resultantes tengan el periodo 233415. Obsérvese que las conexiones de tomas intermedias mostradas en la Figura 2a corresponden al polinomio dado en la ecuación (2). Cada secuencia resultante es cubierta después por suma binaria con la secuencia C* de longitud 128 para obtener el periodo de época 29877120.
La Figura 2b muestra un circuito de Alimentación Hacia Delante (FF = Feed Forward) 202 que se usa en el generador de códigos. La señal X[n-1] sale del retardo 211 de chip, y la entrada del retardo 211 de chip es X[n]. El chip de código C[n] es formado por el sumador lógico 212 a partir de la entrada X[n] y X[n-1]. La Figura 2c muestra el generador completo de códigos de expansión. Como se muestra, las señales de salida del LFSR 201 pasan a través de una cadena de hasta 63 FF 203 de una sola etapa, conectados en cascada. La salida de cada FF es cubierta con la secuencia C* de códigos pares cortos que tiene un periodo de 128 = 2^{7}. La secuencia C* de códigos cortos se almacena en la memoria 222 de códigos y presenta características espectrales de una secuencia seudoaleatoria para obtener la época N = 29877120 cuando se combina con las secuencias proporcionadas por los FF 203. Esta secuencia de 128 se determina usando una secuencia-m (secuencia PN) de longitud 127 = 2^{7} - 1 y sumando a la secuencia un valor de bit, tal como un 0 lógico, para aumentar la longitud a 128 chips. La secuencia C* de códigos pares es aplicada al registro de desplazamiento 221 de códigos pares (ECSR = Even Code Shift Register = Registro de Desplazamiento de Códigos Pares), que es un registro cíclico que da salida continuamente a la secuencia. La secuencia corta es combinada después con la secuencia larga usando una operación de O-EXCLUSIVO 213, 214, 220.
Como se muestra en la Figura 2c, se generan hasta 63 secuencias de códigos de expansión, C_{0} a C_{63}, por tomas intermedias de las señales de salida de los FF 203 y sumando lógicamente la secuencia corta C* en sumadores binarios 213, 214 y 220, por ejemplo. Una persona experta en la técnica se daría cuenta de que la realización práctica del FF 203 crea un efecto de retardo acumulativo para las secuencias de códigos producidas en cada etapa FF de la cadena. Este retardo es debido al retardo de no-cero eléctrico en los componentes electrónicos de la realización práctica. Los problemas de tiempos asociados con el retardo se pueden mitigar insertando elementos de retardo adicionales en la cadena de FF. En la Figura 2d se muestra una cadena ejemplar de FF con elementos de retardo adicionales.
Los generadores de códigos del sistema ejemplar están configurados para generar o códigos globales o códigos asignados. Los códigos globales son códigos CDMA que pueden ser recibidos o transmitidos por todos los usuarios del sistema. Los códigos asignados son códigos CDMA que están asignados para una conexión particular. Cuando una familia de secuencias es generada desde el mismo generador, como se describió, sólo se especifica la semilla del LFSR de 36 etapas. Las secuencias para todos los códigos globales se generan usando el mismo circuito LFSR. Por lo tanto, una vez que una SU se ha sincronizado a la señal piloto Global de una RCS, y conoce la semilla para el circuito LFSR, para los códigos de Canales Globales, puede generar, no sólo la secuencia piloto, sino también todos los demás códigos globales usados por la RCS.
La señal que se convierte a RF se genera como sigue. Las secuencias de expansión producidas por los anteriores circuitos de registros de desplazamiento son convertidas a una secuencia antípoda (0 se correlaciona a +1, 1 se correlaciona a -1). Los canales Lógicos son convertidos inicialmente a señales QPSK, que son correlacionadas como puntos de constelación como es bien conocido en la técnica. Los canales En-fase y en Cuadratura de cada señal QPSK forman las partes real e imaginaria del valor complejo de los datos. Análogamente, se usan dos códigos de expansión para formar valores complejos de chips de expansión. Los datos complejos y los códigos de expansión complejos se multiplican para producir una señal de datos de espectro expandido. Análogamente, para suprimir la expansión, los datos complejos recibidos son correlacionados con el conjugado del código de expansión complejo para recuperar la señal de datos.
Códigos cortos
Los códigos cortos se usan para el proceso de ascensión inicial cuando una SU accede a una RCS. El periodo de los códigos cortos es igual a la duración del símbolo, y el comienzo de cada periodo está alineado con un límite de símbolo. Tanto las SU como la RCS derivan las partes reales e imaginarias de los códigos cortos a partir de las ocho últimas secciones de alimentación hacia delante del generador de secuencias, para producir los códigos globales para esa célula.
Las señales representadas por estos códigos cortos son conocidas como Pilotos Cortos de Canal de Acceso (SAXPT = Short Access Channel Pilot).
Correlación de canales lógicos a códigos de expansión
La relación exacta entre las secuencias de códigos de expansión y los canales lógicos CDMA y las señales piloto está documentada en la Tabla 3a y la Tabla 3b. Los nombres de señales que terminan en "-CH" corresponden a canales lógicos. Los nombres de señales que terminan en "-PT" corresponden a señales piloto, los cuales se describen detalladamente más adelante.
TABLA 3a Secuencias de códigos de expansión y códigos CDMA globales
6
7
TABLA 3b Secuencias de códigos de expansión y códigos CDMA asignados
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Señales piloto
Como se describió anteriormente, las señales piloto se usan para sincronización, recuperación de fase de portadora, y para estimar la respuesta de impulsos del canal de radio. La RCS 104 transmite una referencia de portadora piloto de enlace de ida como una secuencia de código piloto complejo, para proporcionar una referencia de tiempo y fase para todas las SU 111, 112, 115, 117 y 118 de su área de servicio. El nivel de potencia de la señal Piloto Global (GLPT) se establece para proporcionar una cobertura adecuada sobre la totalidad del área de servicio de la RCS, cuya área depende del tamaño de célula. Con una sola señal piloto en el enlace de ida, la reducción de la capacidad del sistema debida a la energía piloto es despreciable.
Cada una de las SU 111, 112, 115, 117 y 118 transmite una referencia de portadora piloto como una secuencia de códigos de expansión pilotos modulados en cuadratura (valuada en números complejos) para proporcionar una referencia de tiempo y fase para las RCS, para el enlace de retorno. La señal piloto transmitida por la SU de una realización de la invención es 6 dB menor que la potencia del canal de tráfico POTS (Plain Old Telephone Service = Servicio Telefónico Tradicional) de 32 kbit/s. El canal piloto de retorno está sometido a control automático de potencia (APC). El piloto de enlace de retorno asociado con una conexión particular se denomina Piloto Asignado (ASPT = Assigned Pilot). Además, hay señales piloto asociadas con canales de acceso, y éstas se denominan Pilotos Largos de Canales de Acceso (Long Access Channel Pilot = LAXPT). Pilotos cortos de canales de acceso (Short Access Channel Pilot = SAXPT) también están asociados con los canales de acceso, y se usan para adquisición de códigos de expansión y subida inicial de potencia.
Todas las señales piloto están formadas con códigos complejos, como se define a continuación:
GLPT (de ida) = {(C_{2}\oplus C*) + j.(C_{3}\oplus C*)} . {(\pm1) + j.(0)}
{Código Complejo} . {Portadora}
La expansión de las señales piloto complejas se suprime por multiplicación con los códigos de expansión conjugados: {(C_{2}\oplusC*) - j.(C_{3}\oplusC*)}. Por el contrario, los canales de tráfico son de la forma:
TRCH_{n} (ida/retorno) = {(C_{k}\oplus C*) + j.(C_{1}\oplus C*)} . {(\pm1) + j.(\pm1)}
{Códigos Complejos} . {Símbolo de Dato}
que forman, por tanto, un grupo de constelaciones a \pi/4 radianes con respecto a las constelaciones de las señales piloto.
La constelación GLPT se muestra en la Figura 3a, y la constelación del canal de tráfico TRCH_{n} se muestra en la Figura 3b.
Asignación de canales lógicos de los FBCH, SBCH y canales de tráfico
El canal de difusión rápida (FBCH = Fast Broadcast Channel) es un canal global de enlace de ida usado para difundir información dinámica acerca de la disponibilidad de servicios y canales de acceso (AXCH). Los mensajes se envían continuamente, y cada mensaje dura aproximadamente 1 ms. El mensaje de FBCH es de 16 bit de largo, repetido continuamente y alineado con época. El FBCH está formateado como se define en la Tabla 4.
TABLA 4 Formato FBCH
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Para el FBCH se transmite primero el bit 0. Un semáforo corresponde a un Canal de Acceso (AXCH) e indica si el canal de acceso particular está actualmente en uso (rojo) o no está en uso (verde). Un "1" lógico indica que el semáforo está en verde, y un "0" lógico indica que el semáforo está en rojo. Los valores de los bits de semáforo pueden cambiar de octeto a octeto, y cada mensaje de 16 bits contiene distintos bits indicadores de servicio que describen qué tipos de servicio están disponibles para los AXCH.
Una realización de la presente invención usa los siguientes bits indicadores de servicio para indicar la disponibilidad de servicios o AXCH. Los bits indicadores de servicio {4, 5, 6, 7, 12, 13, 14, 15} son interpretados como números binarios sin signatura, con el bit 4 como el bit más significativo, y el bit 15 como el bit menos significativo. Cada incremento de tipo de servicio tiene una medida nominal asociada de la capacidad requerida, y el FBCH transmite continuamente la capacidad disponible. Esto se gradúa para tener un valor máximo equivalente al mayor incremento posible de un solo servicio. Cuando una SU requiere un nuevo servicio o un aumento en el número de portadores, compara la capacidad requerida con la indicada por el FBCH y, después, ella misma se considera bloqueada si la capacidad no está disponible. El FBCH y los canales de tráfico están alineados con la época.
Las tramas de Información de Difusión Lenta contienen información del sistema u otra información general que está disponible para todas las SU, y las tramas de Información de Mensajes de Búsqueda contienen información acerca de peticiones de llamada para SU particulares. Las tramas de Información de Difusión Lenta y las tramas de Información de Mensajes de Búsqueda se multiplexan entre sí en un solo canal lógico que forma el Canal de Difusión Lenta (SBCH = Slow Broadcast Channel). Como se definió anteriormente, la época del código es una secuencia de 29877120 chips que tienen una duración de época que es función de la velocidad de chips definida en la siguiente Tabla 5. Para facilitar el ahorro de energía, el canal se divide en N Ciclos de "Descanso", y cada Ciclo se subdivide en M Cuotas que duran 19 ms, excepto para la anchura de banda de 10,5 MHz, que tiene Cuotas de 18 ms.
TABLA 5 Descripción del formato de canales SBCH
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La Cuota de Ciclo de Descanso número 1 se usa siempre para información de difusión lenta. Las cuotas número 2 a número M-1 se usan para grupos de mensajes de búsqueda a menos que se inserte información de difusión lenta extendida. La configuración de ciclos y cuotas en una realización de la presente invención se ejecuta continuamente a 16 kbit/s.
Dentro de cada Ciclo de Descanso, la SU puede poner en marcha el receptor y readquirir el código piloto para lograr el enclavamiento de portadora con una precisión suficiente para una demodulación y decodificación Viterbi satisfactorias. Este tiempo de ajuste puede tener una duración de hasta 3 Cuotas. Por ejemplo, una SU asignada a la Cuota número 7 puede poner en marcha el Receptor al principio de la Cuota número 4. Después de haber supervisado su Cuota, la SU, o bien reconoce su Dirección de Mensaje de Búsqueda e inicia una petición de acceso, u omite reconocer su Dirección de Mensaje de Búsqueda, en cuyo caso, vuelve al modo de Descanso.
Rastreo de códigos de expansión y detección AMF en canales de caminos múltiples Rastreo de códigos de expansión
Se describen tres métodos de rastreo de códigos de expansión CDMA en entornos de debilitamiento de caminos múltiples, que rastrean la fase del código de una señal recibida de espectro expandido de caminos múltiples. El primer método usa el circuito de rastreo de la técnica anterior que rastrea simplemente la fase del código de expansión del detector que tiene el mayor valor de señal de salida; el segundo método usa un circuito de rastreo que rastrea el valor mediano de la fase del código del grupo de señales de caminos múltiples, y el tercer método de la presente invención es el circuito de rastreo de centroide que rastrea la fase del código de una optimizada media ponderada de los mínimos cuadrados de los componentes de las señales de caminos múltiples. Lo siguiente describe los algoritmos por los cuales es rastreada la fase del código de expansión de la señal CDMA recibida.
Un circuito de rastreo tiene características de funcionamiento que revelan la relación entre el error de tiempo y el voltaje de control que gobierna un oscilador controlado por voltaje (VCO = Voltage Controlled Oscillator) de un circuito de rastreo de fase del código de expansión. Cuando hay un error de tiempo positivo, el circuito ejemplar de rastreo genera un voltaje de control negativo para desfasar el error de tiempo. Cuando hay un error de tiempo negativo, el circuito ejemplar de rastreo genera un voltaje de control positivo para desfasar el error de tiempo. Cuando el circuito de rastreo genera un valor cero, este valor corresponde a la alineación perfecta de tiempos denominada "punto de enclavamiento". La Figura 3c muestra el circuito básico de rastreo. La señal recibida r(t) se aplica al filtro adaptado 301, que correlaciona r(t) con una secuencia de códigos locales c(t) generada por el Generador 303 de Códigos. La señal de salida x(t) del filtro adaptado se muestrea en el circuito de muestreo 302 para producir muestras x[nT] y x[nT + T/2]. Las muestras x[nT] y x[nT + T/2] son usadas por un circuito de rastreo 304 para determinar si es correcta la fase del código de expansión c(t) del generador 303 de códigos. El circuito de rastreo 304 produce una señal de error e(t) como una entrada para el generador 303 de códigos. El generador 303 de códigos usa esta señal e(t) como una señal de entrada para ajustar la fase del código que genera.
En un sistema CDMA, la señal transmitida por el usuario de referencia se escribe en representación paso bajo como:
(4)s(t) = \sum\limits^{\infty }_{k=-\infty } c_{k}P_{Tc} (t-kT_{c})
donde c_{k} representa los coeficientes de los códigos de expansión, P_{Tc}(t) representa la forma de onda del chip de código de expansión, y T_{c} es la duración del chip. Suponiendo que el usuario de referencia no está transmitiendo datos, solamente el código de expansión modula la portadora. Con referencia a la Figura 3, la señal recibida es:
(5)r(t) = \sum\limits^{M}_{i=1} a_{i}s(t-\tau _{i})
Aquí, a_{i} es debida al efecto de debilitamiento del canal de caminos múltiples en el camino de orden i, y \tau_{i} es el retardo de tiempo aleatorio asociado con el mismo camino. El receptor pasa la señal recibida a través de un filtro adaptado que está realizado prácticamente como un receptor de correlación y se describe más adelante. Esta operación se efectúa en dos etapas: primero, la señal es pasada a través de un filtro adaptado al chip y muestreada para recuperar los valores de los chips de códigos de expansión, después, esta secuencia de chips es correlacionada con la secuencia de códigos generada localmente.
La Figura 3c muestra el filtro 301 adaptado al chip, adaptado a la forma de onda P_{Tc}(t) del chip, y el circuito de muestreo 302. La señal x(t) en el terminal de salida del filtro adaptado al chip es:
(6)x(t) = \sum\limits^{M}_{i=k}\sum\limits^{\infty }_{k=-\infty } a_{i}c_{k}g(t-\tau _{i}-kT_{c})
donde
(7)g(t) = P_{Tc} (t)\text{*}h_{R} (t)
Aquí, h_{R}(t) es la respuesta de impulso del filtro adaptado al chip, y "*" denota convolución. El orden de las sumas se puede volver a escribir como:
(8)x(t) = \sum\limits^{\infty }_{k=-\infty } c_{k}f(t-kT_{c})
donde
(9)f(t) = \sum\limits^{M}_{i=1} a_{i}g(t-\tau _{i})
En el canal de caminos múltiples descrito anteriormente, el circuito de muestreo muestrea la señal de salida del filtro adaptado para producir x(nT) en los puntos de nivel de potencia máxima de g(t). Sin embargo, en la práctica, la forma de onda g(t) está a menudo severamente distorsionada debido al efecto de la recepción de señales de caminos múltiples, y no se puede obtener un perfecto alineamiento de las señales en el tiempo.
Cuando los caminos múltiples en el canal son despreciables y se puede disponer de una estimación perfecta de los tiempos, es decir, a_{1}=1, \tau_{1}=0, y a_{i}=0, i=2, ..., M, la señal recibida es r(t) = s(t). Entonces, con este modelo ideal de canal, la salida del filtro adaptado al chip resulta:
(10)x(t) = \sum\limits^{\infty }_{k=-\infty } c_{k}g(t-kT_{c})
Sin embargo, cuando hay debilitamiento de caminos múltiples, la forma de onda recibida del valor del chip del código de expansión está distorsionada, y tiene un número de máximos locales que puede cambiar de un intervalo de muestreo a otro dependiendo de las características del canal.
Para canales de debilitamiento de caminos múltiples con características de canales que cambian rápidamente, no es práctico tratar de situar el máximo de la forma de onda f(t) en cada intervalo de periodo de chip. En cambio, se puede obtener una referencia de tiempos de las características de f(t) que no pueden cambiar tan rápidamente. Se describen tres métodos de rastreo basados en diferentes características de f(t).
Método de rastreo de códigos de expansión de la técnica anterior
Los métodos de rastreo de la técnica anterior incluyen un circuito de rastreo de código en el que el receptor intenta determinar dónde ocurre el valor máximo de salida del filtro adaptado de la forma de onda del chip, y muestrear la señal en ese punto. Sin embargo, en canales de debilitamiento de caminos múltiples, la forma de onda del código de supresión de expansión del receptor puede tener numerosos máximos locales, especialmente en entornos móviles. Si
f(t) representa la forma de onda de la señal recibida del chip del código de expansión convolucionado con la respuesta de impulsos del canal, la forma de f(t) y dónde ocurre su máximo pueden cambiar bastante rápidamente, haciendo impracticable rastrear el máximo de f(t).
Se define \tau como el tiempo estimado que el circuito de rastreo calcula durante un intervalo de muestreo particular. También se define la siguiente función de error:
12
Los circuitos de rastreo de la técnica anterior calculan un valor de la señal de entrada que minimiza el error \varepsilon. Se puede escribir:
(12)min \ \varepsilon = 1 - max \int\limits^{\tau +\partial }_{\tau -\partial }f(t)dt
Suponiendo que f(\tau) tiene una forma suave en los valores dados, el valor de \tau para el cual f(\tau) es máximo minimiza el error \varepsilon, de modo que el circuito de rastreo rastrea el punto máximo de f(t).
Método de rastreo del valor ponderado mediano
El Método de Rastreo del Valor Ponderado Mediano de una realización de la presente invención minimiza el error ponderado absoluto, definido como:
(13)\varepsilon = \int^{\infty }_{-\infty }|t-\tau |f(t)dt
Este método de rastreo calcula el valor "mediano" de señal de f(t) recogiendo información de todos los caminos, donde f(\tau) es como en la ecuación (9). En un entorno de debilitamiento de caminos múltiples, la forma de onda f(t) puede tener múltiples máximos locales, pero sólo uno mediano.
Para minimizar \varepsilon, se efectúa la derivada de la ecuación (13) con respecto a \tau y se iguala a cero, lo que da:
(14)\int^{\tau }_{-\infty } f(t)dt = \int^{\infty }_{\tau } f(t)dt
El valor de \tau que satisface (14) se denomina el "mediano" de f(t). Por lo tanto, el Método de Rastreo de Mediano de la presente invención rastrea el mediano de f(t). La Figura 4 muestra una realización práctica del circuito de rastreo basado en minimizar el error ponderado absoluto definido anteriormente. La señal x(t) y su versión desfasada medio chip x(t+T/2) son muestreadas por el convertidor 401 de analógico a digital A/D a una velocidad de 1/T. La siguiente ecuación determina las características de funcionamiento del circuito de la Figura 4:
(15)\varepsilon (\tau ) = \sum\limits^{2L}_{n=1}|f(\tau - nT/2)|-|f(\tau + nT/2)|
El rastreo del mediano de un grupo de señales de caminos múltiples mantiene igual la energía recibida de los componentes de la señal de caminos múltiples en los lados adelantado y atrasado del punto mediano de la fase correcta del código de expansión c_{n} generado localmente. El circuito de rastreo consiste en un convertidor A/D 401 que muestrea una señal de entrada x(t) para formar las muestras desfasadas medio chip. Las muestras desfasadas medio chip se agrupan alternativamente en muestras pares, denominadas un conjunto adelantado de muestras x(nT+\tau), y muestras impares denominadas un conjunto atrasado de muestras x(nT+(T/2)+\tau). El primer filtro adaptativo adaptado 402 del banco de correlación multiplica cada muestra adelantada por las fases de códigos de expansión c(n+1), c(n+2), ... c(n+L), donde L es pequeño comparado con la longitud del código y aproximadamente igual al número de chips de retardo entre las señales más adelantadas y más atrasadas de caminos múltiples. La salida de cada correlacionador se aplica a un respectivo primer banco 404 de suma y descarga. Las magnitudes de los valores de salida de las L sumas y descargas se calculan en el calculador 406 y se suman después en un sumador 408 para dar un valor de salida proporcional a la energía de la señal en las señales adelantadas de caminos múltiples. Análogamente, un segundo filtro adaptativo adaptado 403 del banco de correlación actúa sobre las muestras atrasadas usando las fases de códigos c(n-1), c(n-2), ... c(n-L), y cada señal de salida se aplica a un respectivo circuito de suma y descarga en un integrador 405. Las magnitudes de las salidas de las L sumas y descargas se calculan en el calculador 407 y se suman después en el sumador 409 para dar un valor para la energía de la señal atrasada de caminos múltiples. Finalmente, el sustractor 410 calcula la diferencia y produce una señal de error e(t) de los valores de energía de las señales adelantadas y atrasadas.
Por medio de la señal de error e(\tau), el circuito de rastreo ajusta las fases de los códigos c(t) generados localmente para hacer que la diferencia entre los valores adelantados y atrasados tienda a 0.
Método de rastreo de centroide
Otro circuito de rastreo de código de expansión de una realización de la presente invención se denomina circuito de rastreo ponderado cuadrático (o circuito de rastreo de centroide). Definiendo \tau para designar el tiempo estimado que calcula el circuito de rastreo, basado en alguna característica de f(t), el circuito de rastreo de centroide minimiza el error ponderado cuadrático definido como:
(16)\varepsilon = \int^{\infty }_{-\infty }|t - \tau |^{2} f(t)dt
Esta función dentro de la integral tiene una forma cuadrática que tiene un solo mínimo. El valor de \tau que minimiza \varepsilon se puede encontrar efectuando la derivada de la ecuación anterior con respecto a \tau e igualando a cero, lo que da:
(17)\int^{\infty }_{-\infty } (-2t + 2\tau )f(t)dt = 0
Por lo tanto, el valor de \tau que satisface
(18)\tau - \frac{1}{\beta } \int^{\infty }_{-\infty } tf(t)dt = 0
es el tiempo estimado que calcula el circuito de rastreo, y \beta es un valor constante.
Basándose en estas observaciones, en la Figura 5 se muestra una realización del circuito de rastreo que minimiza el error ponderado cuadrático. La siguiente ecuación determina la señal de error e(\tau) del circuito de rastreo de centroide:
(19)\varepsilon (\tau ) = \sum\limits^{2L}_{n=1} n[|f(\tau - nT/2)| - |f(\tau + nT/2)|] = 0
El valor que satisface e(\tau) = 0 es la estimación optimizada del tiempo.
Las energías de las señales adelantadas y atrasadas de caminos múltiples en cada lado del punto centroide son iguales. El circuito de rastreo de centroide mostrado en la Figura 5 consiste en un convertidor A/D 501 que muestrea una señal de entrada x(t), como se describió anteriormente con referencia a la Figura 4, para formar muestras desfasadas medio chip. Las muestras desfasadas medio chip se agrupan alternativamente como un conjunto adelantado de muestras x(nT+\tau) y un conjunto atrasado de muestras x(nT+(T/2)+\tau). El primer filtro adaptativo adaptado 502 del banco de correlación multiplica cada muestra adelantada y cada muestra atrasada por las fases positivas de códigos de expansión c(n+1), c(n+2), ... c(n+L), donde L es pequeño comparado con la longitud del código y es aproximadamente igual al número de chips de retardo entre las señales más adelantadas y más atrasadas de caminos múltiples. La señal de salida de cada correlacionador se aplica a un respectivo circuito de los L circuitos de suma y descarga del primer banco 504 de suma y descarga. El valor de la magnitud de la señal de salida producida por cada circuito de suma y descarga del banco 504 de suma y descarga es calculado por el respectivo calculador del banco 506 de calculadores y aplicado a un correspondiente amplificador de ponderación del primer banco 508 de ponderación. La señal de salida de cada amplificador de ponderación representa la energía de la señal ponderada en una señal componente de caminos múltiples.
Los valores de la energía de las señales adelantadas ponderadas de caminos múltiples se suman en un sumador 510 de muestras para dar un valor de salida que es proporcional a la energía de las señales del grupo de señales de caminos múltiples que corresponden a fases positivas de códigos, que son las señales adelantadas de caminos múltiples. Análogamente, un segundo filtro adaptativo adaptado 503 del banco de correlación actúa sobre las muestras adelantadas y atrasadas usando las fases negativas de los códigos de expansión c(n-1), c(n-2), ... c(n-L) y cada señal de salida es proporcionada a un respectivo circuito de suma y descarga del integrador discreto 505. Los valores de la magnitud de las L señales de salida de los circuitos de suma y descarga son calculados por el respectivo calculador del banco 507 de calculadores y son ponderados después en el banco 509 de ponderación. Los valores de la energía de las señales atrasadas y ponderadas de caminos múltiples se suman en un sumador 511 de muestras para dar un valor de energía para el grupo de señales de caminos múltiples que corresponden a las fases negativas de códigos, que son las señales atrasadas de caminos múltiples. Finalmente, el sustractor 512 calcula la diferencia de los valores de energía de las señales adelantadas y atrasadas para producir un valor de error de muestra e(\tau).
El circuito de rastreo de la Figura 5 produce una señal de error e(\tau) que se usa para ajustar la fase del código generado localmente c(nT) a fin de mantener iguales las energías medias ponderadas en los grupos de señales adelantadas y atrasadas de caminos múltiples. La realización mostrada utiliza valores de ponderación que aumentan cuando aumenta la distancia desde el centroide. La energía de la señal en las señales más adelantadas y más atrasadas de caminos múltiples es probablemente menor que los valores de la señal de caminos múltiples cerca del centroide. Por consiguiente, la diferencia calculada por el sustractor 512 es más sensible a variaciones en el retardo de las señales más adelantadas y más atrasadas de caminos múltiples.
Detector cuadrático para rastreo
En otro método ejemplar de rastreo, el circuito de rastreo ajusta la fase de muestreo para que sea "óptima" y resistente para los caminos múltiples. Si f(t) representa la forma de onda de la señal recibida, como en la anterior ecuación (9), el método particular de optimizar comienza con un bucle de retardo enclavado con una señal de error
e(\tau) que gobierna el bucle. Deseablemente, la función e(\tau) tiene solamente un cero en \tau = \tau_{0}, donde \tau_{0} es óptimo. La forma óptima para e(\tau) tiene la forma canónica:
(20)e(\tau ) = \int^{\infty }_{-\infty } w(t, \tau )|f(t)| ^{2} dt
donde w(t,\tau) es una función de ponderación que relaciona f(t) con el error e(\tau), y se mantiene lo siguiente:
(21)e(\tau + \tau _{0}) = \int^{\infty }_{-\infty } w(t, \tau + \tau _{0})|f(t)| ^{2} dt
De la ecuación (21) se deduce que w(t,\tau) es equivalente a w(t-\tau). Considerando la pendiente M de la señal de error en las proximidades de un punto \tau_{0} de enclavamiento:
(22)M =\left. \frac{d\varepsilon (\tau )}{d\tau }\right|_{\tau _{0}} = - \int^{\infty}_{-\infty} w'(t - \tau _{0})g(t)dt
donde w '(t,\tau) es la derivada de w(t,\tau) con respecto a \tau, y g(t) es la media de |f(t)|^{2}.
El error e(\tau) tiene una parte determinista y una parte de ruido. Si z designa el componente de ruido en e(\tau), entonces |z|^{2} es la potencia media de ruido en la función de error e(\tau). Por consiguiente, el circuito de rastreo óptimo maximiza la relación:
(23)F = \frac{M^{2}}{|Z|^{2}}
Ahora se describe la realización práctica del Detector Cuadrático. El valor de error discreto e de una señal de error e(\tau) se genera efectuando la operación:
(24)e = y^{T} By
donde el vector y representa los componentes y_{i}, i = 0, 1, ... L-1 de la señal recibida, como se muestra en la Figura 5b. La matriz B es una matriz de L por L, y los elementos se determinan calculando valores tales que se maximice la relación F de la ecuación 23.
Determinación del valor mínimo de L necesario
El valor de L de la sección anterior determina el número mínimo de correlacionadores y elementos de suma y descarga. L se escoge tan pequeño como sea posible sin comprometer la funcionalidad del circuito de rastreo.
La característica de caminos múltiples del canal es tal que la forma de onda f(t) del chip recibido, se expande sobre QT_{c} segundos, o los componentes de los caminos múltiples ocupan un periodo de tiempo de Q chips de duración. El valor de L escogido es L = Q. El valor de Q se halla midiendo las características de transmisión del canal de radiofrecuencia particular para determinar el retardo de propagación de las señales componentes más adelantadas y más atrasadas de caminos múltiples. QT_{c} es la diferencia entre el tiempo de llegada a un receptor de los componentes más adelantados y más atrasados de caminos múltiples.
El Detector Cuadrático descrito anteriormente se puede usar para llevar a la práctica el sistema de rastreo de centroide descrito anteriormente con referencia a la Figura 5a. Para esta realización práctica, el vector y es la señal de salida de los circuitos 504 de suma y descarga: y={f(\tau-LT), f(\tau-LT+T/2), f(\tau-(L-1)T),... f(\tau), f(\tau+T/2), f(\tau+T),...
f(\tau+LT), y la matriz B se expone en la tabla 6.
TABLA 6 Matriz B para forma cuadrática del Sistema de rastreo de centroide
13
Correlacionador de vector adaptativo
Una realización de la presente invención usa un correlacionador de vector adaptativo (AVC = Adaptive Vector Correlator) para estimar la respuesta de impulsos del canal y para obtener un valor de referencia para la combinación coherente de componentes de señales de caminos múltiples recibidas. La realización descrita emplea un conjunto de correlacionadores para estimar la respuesta compleja del canal que afecta a cada componente de caminos múltiples; después, el receptor compensa la respuesta del canal y combina coherentemente los componentes de señales de caminos múltiples recibidas. Esta aproximación se denomina combinación de relación máxima.
Con referencia a la Figura 6, la señal de entrada x(t) al sistema está compuesta de ruido de interferencias de otros canales de mensajes, señales de caminos múltiples de canales de mensajes, ruido térmico y señales de caminos múltiples de la señal piloto. La señal es proporcionada al AVC 601 que incluye medios 602 de supresión de expansión, medios 604 de estimación de canal para estimar la respuesta del canal, medios de corrección 603 para corregir una señal para efectos de la respuesta del canal, y un sumador 605 en la presente invención. Los medios 602 de supresión de expansión del AVC están compuestos de múltiples correlacionadores de códigos, usando cada correlacionador una fase diferente del código piloto c(t) proporcionado por el generador 608 de código piloto. La salida de estos medios de supresión de expansión corresponde a un nivel de potencia de ruido si la fase del código piloto local de los medios de supresión de expansión no está en fase con la señal de código de entrada, o corresponde a un nivel de potencia de señal piloto recibida más un nivel de potencia de ruido, si las fases del código de piloto de entrada y del código piloto generado localmente son las mismas. Las señales de salida de los correlacionadores de los medios de supresión de expansión son corregidas para la respuesta del canal por los medios de corrección 603 y son aplicadas al sumador 605, que recoge toda la potencia de las señales piloto de caminos múltiples. Los medios 604 de estimación de respuesta de canal reciben la señal piloto combinada y las señales de salida de los medios 602 de supresión de expansión, y proporciona una señal estimada w(t) de respuesta de canal para los medios de corrección 603 del AVC, y la señal estimada w(t) también está disponible para el filtro adaptativo adaptado (AMF) descrito subsiguientemente. La señal de salida de los medios 602 de supresión de expansión es proporcionada, también, a los medios 606 de decisión de adquisición, que deciden, tomando como base un algoritmo particular, tal como una prueba secuencial de relación de probabilidad (SPRT = Sequential Probability Ratio Test), si los niveles de salida presentes, de los circuitos de supresión de expansión, corresponden a la sincronización del código generado localmente con la fase deseada del código de entrada. Si el detector no encuentra sincronización, los medios de decisión de adquisición envían una señal de control a(t) al generador 608 de código piloto local para desviar su fase en uno o más periodos de chips. Cuando se encuentra sincronización, los medios de decisión de adquisición informan al circuito 607 de rastreo, que consigue y mantiene una sincronización estrecha entre las secuencias de códigos recibidas y las generadas
localmente.
En la Figura 7 se muestra una realización práctica ejemplar del AVC Piloto usado para suprimir la expansión del código de expansión. La realización descrita supone que la señal de entrada x(t) ha sido muestreada con un periodo de muestreo T, para formar x(nT+\tau), y está compuesta de ruido de interferencias de otros canales de mensajes, señales de caminos múltiples de canales de mensajes, ruido térmico y señales de caminos múltiples del código piloto. La señal
x(nT+\tau) es aplicada a L correlacionadores, donde L es el número de fases de códigos sobre las cuales existe la incertidumbre dentro de las señales de caminos múltiples. Cada correlacionador 701, 702, 703 comprende un respectivo multiplicador 704, 705, 706, que multiplica la señal de entrada con una fase particular de la señal c((n+i)T) de código de chip Piloto, y un circuito 708, 709, 710 de suma y descarga. La señal de salida de cada multiplicador 704, 705, 706 es aplicada a un respectivo circuito 708, 709, 710 de suma y descarga, para efectuar una integración discreta. Antes de sumar la energía de la señal contenida en las salidas de los correlacionadores, el AVC compensa la respuesta de canal y la rotación de fase de portadora de las diferentes señales de caminos múltiples. Cada señal de salida de cada circuito 708, 709, 710 de suma y descarga es multiplicada por un fasor de desrotación [conjugado complejo de ep(nT)] obtenido del bucle digital de enclavamiento de fase (DPLL = Digital Phase Locked Loop). Este fasor es aplicado a un puerto de entrada de un respectivo multiplicador 714, 715, 716 para tener en cuenta la desviación de fase y de frecuencia de la señal portadora. El AMF del Filtro de Rastrillo Piloto calcula factores complejos de ponderación w_{k} k=1, ..., L para cada señal de caminos múltiples, pasando la salida de cada multiplicador 714, 715, 716 a través de un filtro paso bajo (FPB) 711, 712, 713. Cada señal de caminos múltiples de expansión suprimida es multiplicada por su correspondiente factor de ponderación en un respectivo multiplicador 717, 718, 719. Las señales de salida de los multiplicadores 717, 718, 719 son sumadas en un sumador maestro 720, y la señal de salida p(nT) del acumulador 720 consiste en las señales piloto de caminos múltiples combinadas en ruido. La señal de salida p(nT) es aplicada, también, al DPLL 721 para producir la señal de error ep(nT) para el rastreo de la fase de la
portadora.
Las Figuras 8a y 8b muestran realizaciones alternativas del AVC que se pueden usar para la detección y combinación de componentes de señales de caminos múltiples. Los AVC de las señales de menajes de las Figuras 8a y 8b usan los factores de ponderación producidos por el AVC Piloto para corregir las señales de caminos múltiples de datos de mensajes. La señal de código de expansión c(nT) es la secuencia de expansión usada por un canal de mensajes particular y está sincronizada con la señal de código de expansión piloto. El valor L es el número de correlacionadores en el circuito AVC.
El circuito de la Figura 8a calcula la variable de decisión Z que está dada por:
14
donde N es el número de chips de la ventana de correlación. De manera equivalente, la estadística de decisión está dada por:
15
En la Figura 8b se muestra la realización práctica alternativa que resulta de la ecuación (26).
Con referencia a la Figura 8a, la señal de entrada x(t) es muestreada para formar x(nT+\tau), y está compuesta de ruido de interferencias de otros canales de mensajes, señales de caminos múltiples de canales de mensajes, ruido térmico y señales de caminos múltiples del código piloto. La señal x(nT+\tau) es aplicada a L correlacionadores, donde L es el número de fases de códigos sobre las cuales existe la incertidumbre dentro de las señales de caminos múltiples. Cada correlacionador 801, 802, 803 comprende un multiplicador 804, 805, 806 que multiplica la señal de entrada por una fase particular de la señal de código de expansión del canal de mensajes, y un respectivo circuito 808, 809, 810 de suma y descarga. La salida de cada multiplicador 804, 805, 806 es aplicada a un respectivo circuito 808, 809, 810 de suma y descarga que efectúa una integración discreta. Antes de sumar la energía de la señal contenida en las señales de salida de los correlacionadores, el AVC compensa las diferentes señales de caminos múltiples. Cada señal de caminos múltiples de expansión suprimida y su correspondiente factor de ponderación, que se obtiene del correspondiente factor de ponderación de caminos múltiples del AVC Piloto, son multiplicados por los multiplicadores 817, 818, 819. Las señales de salida de los multiplicadores 817, 818, 819 son sumadas en un sumador maestro 820, y la señal de salida z(nT) del acumulador 820 consiste en niveles muestreados en ruido, de una señal de mensaje de expansión suprimida.
La realización alternativa de la invención incluye una nueva realización práctica del circuito de supresión de expansión del AVC para los canales de mensajes, que efectúa simultáneamente la suma y descarga para cada componente de señal de caminos múltiples. La ventaja de este circuito es que solamente es necesario un circuito de suma y descarga y un sumador. Con referencia a la Figura 8b, el generador 830 de secuencias de códigos de mensajes proporciona una secuencia de código de mensaje para el registro de desplazamiento 831 de longitud L. La señal de salida de cada registro 832, 833, 834, 835, del registro de desplazamiento 831, corresponde a la secuencia de códigos de mensaje desplazada en fase en un chip. El valor de salida de cada registro 832, 833, 834, 835 es multiplicado en multiplicadores 836, 837, 838, 839 con el correspondiente factor de ponderación w_{k}, k = 1, ..., L obtenidos del AVC Piloto. Las señales de salida de los L multiplicadores 836, 837, 838, 839 son sumadas por el circuito sumador 840. La señal de salida del circuito sumador, y la señal de entrada x(nT+\tau) del receptor, son multiplicadas después en el multiplicador 841 e integradas por el circuito 842 de suma y descarga, para producir la señal de mensaje z(nT).
En la Figura 8c se muestra una tercera realización del correlacionador de vector adaptativo. Esta realización usa la estadística de los mínimos cuadrados (LMS) para llevar a la práctica el correlacionador del vector, y determina los factores de desrotación para cada componente de caminos múltiples de la señal de caminos múltiples recibida. El AVC de la Figura 8c es similar a la realización práctica ejemplar del AVC Piloto usado para suprimir la expansión del código de expansión piloto, mostrada en la Figura 7. El bucle digital de enclavamiento de fase (DPLL) 721 es sustituido por un bucle de enclavamiento de fase (PLL) 850 que tiene un oscilador controlado por voltaje (VCO) 851, un filtro de bucle 852, un limitador 853 y un separador 854 de componentes imaginarios. La diferencia entre la señal de salida corregida, dos, de expansión suprimida, y una señal ideal de expansión suprimida, es proporcionada por el sumador 855, y la señal diferencia es un valor de error, ide, de expansión suprimida que es usada también por los circuitos de desrotación para compensar errores en los factores de desrotación.
En un entorno de señales de caminos múltiples, la energía de señal de un símbolo transmitido es expandida sobre los componentes de las señales de caminos múltiples. La ventaja de la suma de señales de caminos múltiples es que una parte sustancial de la energía de la señal es recuperada en una señal de salida del AVC. Por consiguiente, un circuito de detección tiene una señal de entrada del AVC con una mayor relación señal/ ruido (SNR = Signal-to-Noise Ratio) y, por tanto, puede detectar la presencia de un símbolo con una menor tasa de errores de bits (BER). Además, la medida de la salida del AVC es una buena indicación de la potencia de transmisión del transmisor, y una buena medida del ruido de interferencia del sistema.
Filtro adaptativo adaptado
Una realización de la presente invención incluye un Filtro Adaptativo Adaptado (AMF = Adaptive Matched Filter) para combinar óptimamente los componentes de las señales de caminos múltiples en una señal de mensaje recibida, de espectro expandido. El AMF es una línea de retardo con tomas intermedias que retiene valores desplazados de la señal de mensaje muestreada, y combina éstos después de corregir la respuesta del canal. La corrección de la respuesta del canal se efectúa usando la respuesta de canal estimada, calculada en el AVC, que actúa sobre la señal de secuencia Piloto. La señal de salida del AMF es la combinación de los componentes de caminos múltiples que son sumados para dar un valor máximo. Esta combinación corrige la distorsión de recepción de las señales de caminos múltiples. Los diversos circuitos de supresión de expansión de mensajes actúan sobre esta señal combinada de componentes de caminos múltiples del AMF.
La Figura 8d muestra una realización ejemplar del AMF. La señal muestreada del convertidor A/D 870 es aplicada a la línea de retardo 872 de L etapas. Cada etapa de esta línea de retardo 872 retiene la señal correspondiente a un componente diferente de la señal de caminos múltiples. La corrección de la respuesta de canal es aplicada a cada componente retardado de la señal, multiplicando el componente en el respectivo multiplicador del banco 874 de multiplicadores, con el respectivo factor de ponderación w_{1}, w_{2}, ..., w_{L} del AVC correspondiente al componente retardado de la señal. Todos los componentes ponderados de la señal son sumados en el sumador 876 para dar la señal combinada y(t) de componentes de caminos múltiples.
La señal combinada y(t) de componentes de caminos múltiples no incluye la corrección debida a desviación de fase y de frecuencia de la señal portadora. La corrección de la desviación de fase y de frecuencia de la señal portadora se efectúa para y(t), multiplicando y(t) con la corrección de fase y de frecuencia de portadora (fasor de desrotación), en el multiplicador 878. La corrección de fase y de frecuencia es producida por el AVC como se describió anteriormente. La Figura 8d muestra la corrección antes de los circuitos 880 de supresión de expansión, pero realizaciones alternativas de la invención pueden aplicar la corrección después de los circuitos de supresión de expansión.
La Estación de Portadora de Radio (RCS = Radio Carrier Station)
La Estación de Portadora de Radio (RCS) de la presente invención actúa como una interfaz central entre la unidad de abonado (SU) y el elemento remoto de red, de control de proceso, tal como una Unidad de Distribución de Radio (RDU). La interfaz para la RDU del sistema ejemplar cumple la norma G.704 y una interfaz de acuerdo con una versión modificada de DECT (Digital European Cordless Telephone = Teléfono Europeo Digital Sin Hilos) V5.1, pero la presente invención puede soportar cualquier interfaz que pueda cambiar canales de control de llamadas y de tráfico. La RCS recibe canales de información de la RDU, incluyendo datos de control de llamadas y datos de canales de tráfico tales como, pero no limitados a, ADPCM a 32 kb/s, PCM a 64 kb/s, y RDSI, así como datos de configuración del sistema y de mantenimiento. La RCS termina también los canales CDMA portadores de interfaz de radio con unidades de abonado (SU), los cuales canales incluyen, tanto datos de control como datos de canales de tráfico. En respuesta a los datos de control de llamadas procedentes, ya sea de la RDU o una SU, la RCS asigna canales de tráfico a canales portadores en el enlace de comunicación de RF, y establece una conexión de comunicación entre la SU y la red telefónica a través de una RDU.
Como se muestra en la figura 9, la RCS recibe datos de control de llamadas y de información de mensajes en los mutiplexadores MUX 905, 906 y 907, a través de las líneas de interfaz 901, 902 y 903. Aunque se muestra el formato E1, otros formatos similares de telecomunicaciones pueden ser soportados de la misma manera que la descrita anteriormente. Cada MUX proporciona una conexión al Controlador de Acceso Inalámbrico (WAC = Wireless Access Controller) 920 a través de la autopista PCM 910. Aunque el sistema ejemplar mostrado en la Figura 1 usa una interfaz E1, se contempla que se puedan usar otros tipos de líneas telefónicas que transporten múltiples llamadas, por ejemplo, líneas T1 o líneas que están conectadas a una centralita telefónica privada (PBX = Private Branch Exchange).
El Controlador de Acceso Inalámbrico (WAC) 920 es el controlador del sistema de la RCS, que administra funciones de control de llamadas e interconexión de corrientes de datos entre los multiplexadores MUX 905, 906 y 907 y las Unidades de Interfaz de Módem (MIU) 931, 932, 933. El WAC 920 también controla y supervisa otros elementos RCS tales como el VDC (Video Distribution Circuit) 940, el circuito de RF 950 y el Amplificador de Potencia 960.
Una vía de comunicación 912 de baja velocidad está conectada al WAC 920 para transferir señales de control y de estados entre el Transmisor/Receptor de RF 950, el VDC 940, el circuito de RF 950 y el Amplificador de Potencia 960. Las señales de control son enviadas desde el WAC 920 para activar o desactivar el Transmisor/Receptor de RF 950 o el Amplificador de Potencia 960, y las señales de estados son enviadas desde el Transmisor/Receptor de RF 950 o el Amplificador de Potencia 960 para vigilar la presencia de una condición de fallo.
La RCS ejemplar contiene por lo menos una MIU 931, que se muestra en la Figura 10. La MIU de la realización ejemplar incluye seis módems CDMA, pero la invención no está limitada a este número de módems. La MIU incluye: una autopista PCM 1201 de Sistema conectada a cada uno de los Módems CDMA 1210, 1211, 1212, 1215 a través de una Interfaz PCM 1220; una Vía de Comunicación 1221 de Canales de Control conectada al controlador 1230 de MIU y a cada uno de los Módems CDMA 1210, 1211, 1212, 1213; un generador (CLK) 1231 de señal de reloj de MIU; y un combinador 1232 de salida de módem. La MIU proporciona a la RCS las siguientes funciones: el controlador de MIU recibe Instrucciones de Asignación de Canales CDMA desde el WAC y asigna un primer módem a una señal de información de usuario que es aplicada a la interfaz de línea del MUX, y un segundo módem para recibir el canal CDMA desde la SU; la MIU combina también los Datos del Módem de Transmisión CDMA para cada uno de los módems CDMA de la MIU; multiplexa los datos I y Q de mensajes transmitidos desde los módems CDMA para su transmisión al VDC; recibe datos Analógicos I y Q de mensajes recibidos desde el VDC; distribuye los datos I y Q a los módems CDMA; transmite y recibe Datos digitales de AGC (Automatic Gain Control = Control Automático de Ganancia); distribuye los datos AGC a los módems CDMA; y envía Estado de Placa MIU e Información de Mantenimiento al WAC 92.
El controlador 1230 de MIU de la realización ejemplar de la presente invención contiene un microprocesador 1240 de comunicaciones, tal como el procesador "QUICC" (Quad Integrated Communication Controler = cuádruple controlador de comunicaciones integrado) MC68360, e incluye una memoria 1242 que tiene una memoria PROM "Flash" 1243 y una memoria SRAM (Static RAM = RAM estática) 1244. La memoria PROM "Flash" 1243 está dispuesta para contener el código de programa para el Microprocesador 1240, y la memoria 1243 es descargable y reprogramable para soportar nuevas versiones de programas. La memoria SRAM 1244 está dispuesta para contener el espacio de los datos temporales necesitados por el Microprocesador MC68360, 1240, cuando el controlador 1230 de MIU lee o escribe datos en memoria.
El circuito de reloj CLK 1231 de MIU proporciona una señal de temporización al controlador 1230 de MIU y también proporciona una señal de temporización a los módems CDMA. El circuito CLK 1231 de MIU recibe, y está sincronizado con, la señal de reloj wo(t) del sistema. El generador 1213 de señal de reloj de controlador recibe también y sincroniza a la señal de reloj pn(t) de código de expansión que es distribuida a los módems CDMA 1210, 1211, 1212, 1215 desde el MUX.
La RCS de la presente invención incluye un Módem 1210 de Sistema contenido en una MIU. El Módem 1210 del Sistema incluye un expansor de Difusión (no mostrado) y un Generador Piloto (no mostrado). El Módem de Difusión proporciona la información de difusión usada por el sistema ejemplar, y los datos de mensajes de difusión son transferidos desde el controlador 1230 de MIU al Módem 1210 del Sistema. El Módem del Sistema también incluye cuatro módems adicionales (no mostrados) que se usan para transmitir las señales CT1 a CT4 y AX1 a AX4. El Módem 1210 del Sistema proporciona señales de datos no ponderados I y Q de mensajes de Difusión, que son aplicadas al VDC. El VDC suma la señal de datos de mensajes de Difusión a los Datos de Transmisión del Módem CDMA de MIU de todos los módems CDMA 1210, 1211, 1212, 1215, y la Señal Piloto Global.
El generador Piloto (PG) 1250 proporciona la señal Piloto Global que es usada por la presente invención, y la señal Piloto Global es proporcionada a los módems CDMA 1210, 1211, 1212, 1215 por el controlador 1230 de MIU. Sin embargo, otras realizaciones de la presente invención no requieren el controlador 1230 de MIU para generar la señal Piloto Global, sino que incluyen una señal Piloto Global generada por cualquier forma de generador de Secuencias de Códigos CDMA. En la realización descrita de la invención, la señal Piloto Global I y Q no ponderada es enviada, también, al VDC, donde se le asigna un peso y se suma a los datos de transmisión de Módem CDMA de MIU y a la señal de datos de mensajes de Difusión.
En la RCS ejemplar, la temporización del sistema se deriva de la interfaz E1. Hay cuatro multiplexadores MUX en una RCS, tres de los cuales (905, 906 y 907) se muestran en la Figura 9. En cada chasis están situados dos multiplexadores. Uno de los multiplexadores de cada chasis está designado como maestro, y uno de los maestros está designado como maestro del sistema. El multiplexador que es el maestro del sistema obtiene una señal de reloj PCM de 2,048 MHz de la interfaz E1, usando un bucle de enclavamiento de fase (PLL) (no mostrado). A su vez, el multiplexador maestro del sistema divide por 16 la frecuencia de la señal de reloj PCM de 2,048 MHz, para obtener una señal de reloj de referencia de 128 kHz. La señal de reloj de referencia de 128 kHz es distribuida desde el multiplexador que es el maestro del sistema a todos los demás multiplexadores. A su vez, cada multiplexador multiplica la frecuencia de la señal de reloj de referencia de 128 kHz, para sintetizar la señal de reloj del sistema, que tiene una frecuencia que es el doble de la frecuencia de la señal de reloj PN. El multiplexador también divide por 16 la frecuencia de la señal de reloj de 128 kHz, para generar la señal de sincronismo de trama de 8 kHz, que es distribuida a las MIU. Para la realización ejemplar, la señal de reloj del sistema tiene una frecuencia de 11,648 MHz para un canal CDMA de 7MHz de anchura de banda. Cada multiplexador también divide por 2 la frecuencia de la señal de reloj del sistema para obtener la señal de reloj PN y, después, divide por 29 877 120 (la longitud de la secuencia PN) la señal de reloj PN, para generar la señal de sincronismo PN que indica los límites de épocas. La señal de sincronismo PN del multiplexador maestro del sistema también es distribuida a todos los multiplexadores para mantener la alineación de fase de las señales de reloj generadas internamente para cada multiplexador. La señal de sincronismo PN y la señal de sincronismo de trama están alineadas. Los dos multiplexadores que están designados como multiplexadores maestros para cada chasis, distribuyen, después, tanto la señal de reloj del sistema como la señal de reloj PN, a los mutiplexadores y al VDC.
La Interfaz 1220 de la Autopista PCM conecta la Autopista PCM 911 del Sistema a cada Módem CDMA 1210, 1211, 1212, 1215. El controlador de WAC transmite la información de Control de Módem, que incluye señales de control de mensajes de tráfico para cada respectiva señal de información de usuario, al controlador 1230 de MIU, a través del HSB 970. Cada Módem CDMA 1210, 1211, 1212, 1215 recibe de la MIU una señal de control de mensaje de tráfico que incluye información de señalización. Las señales de control de mensajes de tráfico también incluyen información de control de llamadas (CC = Call Control) e información de secuencias de códigos de expansión y códigos de supresión de expansión.
La MIU también incluye el Combinador 1232 de Datos de Transmisión que suma datos ponderados de transmisión de módem CDMA que incluyen datos de transmisión En-fase (I) y Cuadratura (Q) de módem, de los módems CDMA 1210, 1211, 1212, 1215 en la MIU. Los datos I de transmisión de módem se suman separadamente de los datos Q de transmisión de módem. La señal de salida combinada de los datos I y Q de transmisión de módem del Combinador 1232 de Datos de Transmisión se aplica al multiplexador 1233 de I y Q, que crea un solo canal de mensajes de transmisión CDMA compuesto de los datos I y Q de transmisión de módem multiplexados en una corriente de datos digitales.
El Circuito de Entrada de Datos del Receptor (RDI = Receiver Data Input) 1234 recibe los Datos Diferenciales Analógicos I y Q del Circuito de Distribución de Vídeo (VDC) 940 mostrado en la Figura 9, y distribuye los Datos Diferenciales Analógicos I y Q a cada uno de los módems CDMA 1210, 2111, 1212, 1215 de la MIU. El Circuito de Distribución del Control Automático de Ganancia (AGC) 1235 recibe la señal de Datos AGC desde el VDC y distribuye los datos AGC a cada uno de los módems CDMA de la MIU. El circuito TRL 1233 (Traffic Light = Semáforo) recibe la información de Semáforos y distribuye análogamente los datos de Semáforos a cada uno de los módems 1210, 1211, 1212, 1215.
El Módem CDMA
El módem CDMA proporciona la sincronización entre el transmisor y el receptor para la generación de secuencias de códigos de expansión CDMA. También proporciona cuatro canales de dúplex total (TR0, TR1, TR2, TR3) programables a 64, 32, 16 y 8 ksimb/s cada uno, la expansión y la transmisión a un nivel de potencia específico. El módem CDMA mide la intensidad de la señal recibida para permitir el Control Automático de Potencia, genera y transmite señales piloto, codifica y decodifica usando la señal para la corrección de errores hacia delante (FEC). El Módem de una unidad de abonado (SU) también efectúa la conformación de impulsos de códigos de expansión del transmisor usando un filtro FIR (Finite Impulse Response = Respuesta Finita al Impulso). El módem CDMA también es usado por la SU y, en la siguiente descripción, las características que son usadas solamente por la SU son señaladas claramente. Las frecuencias de funcionamiento del módem CDMA se dan en la Tabla 7.
TABLA 7 Frecuencias de funcionamiento
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Cada Módem CDMA 1210, 1211, 1212, 1215 de la Figura 10, y como se muestra en la Figura 11, está compuesto de una sección transmisora 1301 y una sección receptora 1302. En el módem CDMA también está incluido un centro de control 1303 que recibe mensajes de control CNTRL del sistema exterior. Estos mensajes se usan, por ejemplo, para asignar códigos de expansión particulares a fin de activar la expansión o la supresión de expansión, o para asignar velocidades de transmisión. Además, el módem CDMA tiene medios 1304 generadores de códigos usados para generar los diversos códigos de expansión y de supresión de expansión usados por el módem CDMA. La sección transmisora 1301 transmite la información de entrada y las señales de control m_{i}(t), i = 1, 2, ..., I como señales de información de usuario procesadas con espectro expandido sc_{j}(t), j = 1, 2, ..., J. La sección transmisora 1301 recibe el código piloto global del generador 1304 de códigos que está controlado por los medios de control 1303. Las señales de información de usuario procesadas con espectro expandido son finalmente sumadas con otras señales procesadas análogamente y transmitidas como canales CDMA sobre el enlace RF de ida de mensajes CDMA, por ejemplo, a las unidades de abonado (SU). La sección receptora 1302 recibe canales CDMA como r(t) y suprime la expansión y recupera la información de usuario y las señales de control rc_{k}(t), k = 1, 2, ..., K transmitidas por el enlace RF de vuelta de mensajes CDMA, por ejemplo a la RCS desde las unidades de abonado.
Sección transmisora del Módem CDMA
Con referencia a la Figura 12, los medios 1304 generadores de códigos incluyen el circuito Lógico 1401 de Control de Temporización de Transmisión y el Generador PN 1402 de códigos de expansión, y la Sección Transmisora 1301 incluye el Receptor de Señal de Entrada a Módem (MISR = Modem Input Signal Receiver) 1410, los Codificadores de Convolución 1411, 1412, 1413, 1414, los Expansores 1420, 1421, 1422, 1423, 1424 y el Combinador 1430. La Sección Transmisora 1301 recibe los canales de datos de mensajes MESSAGE, codifica convolucionalmente cada canal de datos de mensajes en el respectivo codificador convolucional 1411, 1412, 1413, 1414, modula los datos con secuencia aleatoria de códigos de expansión, en el respectivo expansor 1420, 1421, 1422, 1423, 1424, y combina en el combinador 1430 datos modulados de todos los canales, incluyendo el código piloto recibido del generador de códigos, en la realización descrita, para generar componentes I y Q para la transmisión RF. La Sección Transmisora 1301 de la presente realización soporta cuatro canales programables (TR0, TR1, TR2, TR3) de 64, 32, 16, 8 Kb/s. Los datos de canales de mensajes es una señal multiplexada en el tiempo, recibida de la autopista PCM 1201 a través de la interfaz PCM 1230, e introducida en el MISR 1410.
La Figura 13 ilustra el diagrama de bloques del MISR 1410. Para la realización ejemplar de la presente invención, se establece un contador por la señal de sincronización de trama MPCMSYNC de 8 kHz y es incrementada por la señal MPCMCLK de 2,048 MHz del circuito 1401 de temporización. La salida del contador es comparada por el comparador 1502 con valores TRCFG correspondientes a posiciones de cuotas de tiempo para datos de los canales de mensajes TR0, TR1, TR2, TR3, y los valores TRCFG son recibidos desde el controlador 1230 de MIU en MCTRL. El comparador envía una señal de cuenta a los registros 1505, 1506, 1507, 1508, que introducen sincronizadamente datos de canales de mensajes en registros intermedios 1510, 1511, 1512, 1513 usando la señal de temporización TXPCNCLK derivada del reloj del sistema. Los datos de mensajes son proporcionados desde la señal MSGDAT de la señal MESSAGE de la autopista PCM, cuando están activas las señales de permiso TR0EN, TR1EN, TR2EN y TR3EN de los Circuitos Lógicos 1401 de Control de Temporización. En otras realizaciones, la señal MESSAGE también puede incluir señales que activen los registros, dependiendo de una velocidad de cifrado o una velocidad de datos. Si la salida del contador es igual a una de las direcciones de situación de canal, los datos específicos de transmisión de mensajes, en los registros intermedios 1510, 1511, 1512, 1513, son introducidos en los codificadores convolucionales 1411, 1412, 1413, 1414 mostrados en la Figura 12.
El codificador convolucional permite el uso de técnicas de corrección de errores hacia delante (FEC) que son bien conocidas en la técnica. Las técnicas FEC dependen de la redundancia de introducción en la generación de datos en forma codificada. Los datos codificados son transmitidos, y la redundancia en los datos permite al dispositivo decodificador del receptor detectar y corregir errores. Un sistema ejemplar que usa un módem según la presente invención emplea codificación convolucional. Bits de datos adicionales son añadidos a los datos en el proceso de codificación y son la cabecera de codificación. La cabecera de codificación está expresada como la relación de los bits de datos transmitidos, a los bits de recursos (datos de códigos + datos redundantes) transmitidos, y se denomina la relación "R" del código.
Los códigos de convolución son códigos en los que cada bit es generado por la convolución de cada nuevo bit descodificado con un número de bits previos codificados. El número total de bits usados en el proceso de codificación se denomina longitud restringida "K" del código. En la codificación convolucional, los datos son introducidos sincronizadamente en un registro de desplazamiento de K bits de longitud, de modo que un bit entrante sea introducido sincronizadamente en el registro, y él y los K-1 bits existentes son codificados convolucionalmente para crear un nuevo símbolo. El proceso de convolución consiste en crear un símbolo que consiste en la suma de un módulo-2 de una cierta configuración de bits disponibles, que incluye siempre el primer bit y el último bit en, por lo menos, uno de los símbolos.
La Figura 14 muestra el diagrama de bloques de un codificador de convolución con K = 7, R = 1/2, adecuado para usar como el codificador 1411 mostrado en la Figura 12. Este circuito codifica el canal TR0 como el usado en una realización de la presente invención. El registro 1601 de siete bits, con etapas Q1 a Q7, usa la señal TXPNCLK para introducir sincrónicamente datos TR0 cuando la señal TR0EN está validada. Cada uno de los valores de salida de las etapas Q1, Q2, Q3, Q4, Q6 y Q7 son combinados usando los Circuitos Lógicos O-EXCLUSIVO 1602, 1603 para producir respectivos datos FEC I y Q de canal, para el canal TR0, FECTR0DI y FECTR0DQ.
Se generan dos corrientes de salida de símbolos FECTR0DI y FECTR0DQ. La corriente de símbolos FECTR0DI es generada por el Circuito Lógico O-EXCLUSIVO 1602 de las salidas del registro de desplazamiento correspondientes a los bits 6, 5, 4, 3 y 0 (Octal 171) y está diseñada como componente En-fase "I" de los datos de transmisión del canal de mensajes. Análogamente, la corriente de símbolos FECTR0DQ es generada por el Circuito Lógico O-EXCLUSIVO 1603 de las salidas del registro de desplazamiento de los bits 6, 4, 3, 1 y 0 (Octal 133) y está diseñada como componente en Cuadratura "Q" de los datos de transmisión del canal de mensaje. Se transmiten dos símbolos para representar un solo bit codificado, creando la necesaria redundancia para permitir que tenga lugar la corrección de errores en el extremo receptor.
Con referencia a la Figura 14, la señal de reloj de permiso del desplazamiento para los datos de transmisión del canal de mensajes es generada por el Circuito Lógico 1401 de Temporización de Control. Los datos de salida de transmisión del canal de mensajes, codificados convolucionalmente para cada canal, son aplicados el respectivo expansor 1420, 1421, 1422, 1423, 1424 que multiplica los datos de transmisión del canal de mensajes por su secuencia preasignada de códigos de expansión del generador 1402 de códigos. Esta secuencia de códigos de expansión es generada por el control 1303 como se describió anteriormente, y se denomina secuencia aleatoria de signatura de ruido seudoaleatorio (código PN).
La señal de salida de cada expansor 1420, 1421, 1422, 1423, 1424 es un canal de transmisión de datos expandidos. El funcionamiento del expansor es como sigue: la expansión de la salida (I +jQ) del canal, multiplicada por una secuencia aleatoria (PNI + jPNQ) produce el componente En-fase I del resultado, que está compuesto de (I xor PNI) y (-Q xor PNQ). El componente en Cuadratura "Q" del resultado es (Q xor PNI) e (I xor PNQ). Como no hay entrada de datos de canal para el circuito lógico de canal piloto (I = 1, están prohibidos los valores Q), la señal expandida de salida para canales piloto produce las respectivas secuencias PNI para el componente I, y PNQ para el componente Q.
El combinador 1430 recibe los canales de transmisión de datos expandidos I y Q, y combina los canales en señales (TXIDAT) de datos I de transmisión de módem, y (TXQDAT) de datos Q de transmisión de módem. Los datos de transmisión expandidos I y los datos de transmisión expandidos Q son sumados separadamente.
Para una unidad de abonado SU, la Sección Transmisora 1301 del módem CDMA incluye los filtros FIR para recibir los canales I y Q desde el combinador, a fin de proporcionar conformación de impulsos, control espectral próximo y corrección x / sen(x) en la señal transmitida. Filtros FIR separados pero idénticos (no mostrados) reciben las corrientes de datos de transmisión expandidos I y Q a la velocidad de chip, y la señal de salida de cada uno de los filtros está a una velocidad de chip doble. Los filtros FIR son filtros pares simétricos de 28 tomas intermedias, que multiplican por dos (interpolan) la velocidad de muestreo. El aumento de velocidad de muestro ocurre antes del filtrado, de modo que 28 tomas intermedias significan 28 tomas intermedias al doble de la velocidad de chip, y el aumento de la velocidad de muestreo se logra poniendo a cero cada otra muestra. En la Tabla 8 se muestran coeficientes ejemplares.
TABLA 8 Valores de coeficientes
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Sección receptora del Módem CDMA
Con referencia a las figuras 9 y 10, el receptor 950 de RF de la presente realización acepta canales CDMA I y Q de entradas analógicas, que son transmitidos a los módems CDMA 1210, 1211, 1212, 1215 a través de las MIU 931, 932, 933, desde el VDC 940. Estas señales I y Q de canales CDMA son muestreadas por la sección receptora 1302 del módem CDMA (mostrada en la Figura 11) y convertidas a señales digitales I y Q de mensajes recibidos usando un convertidor Analógico a Digital (A/D) 1730 de la Figura 15. La velocidad de muestreo del convertidor A/D de la realización ejemplar de la presente invención es equivalente a la velocidad del código de supresión de expansión. Las señales digitales I y Q de mensajes recibidos son sometidas después a supresión de expansión con correlacionadores, usando diferentes secuencias de códigos complejos de supresión de expansión correspondientes a las secuencias de códigos de expansión de los cuatro canales (TR0, TR1, TR2, TR3), la información APC y el código piloto.
La sincronización de tiempos del receptor, con la señal recibida, está separada en dos fases; hay una fase inicial de adquisición y, después, una fase de rastreo después que haya sido adquirida la temporización de la señal. La adquisición inicial se efectúa desplazando la secuencia de código piloto generada localmente con respecto a la señal recibida, y comparando la señal de salida del supresor de expansión de piloto con un umbral. El método usado se denomina búsqueda secuencial. Del supresor de expansión auxiliar se calculan dos umbrales (aceptar y rechazar). Una vez adquirida la señal, se para el proceso de búsqueda y comienza el rastreo. El rastreo mantiene el generador 1304 de códigos (mostrado en las Figuras 11 y 15) usado por el receptor en sincronización con la señal entrante. El bucle de rastreo usado es el Bucle de Enclavamiento con Retardo (DLL = Delay-Locked Loop) y está incorporado en el circuito 1701 de adquisición y rastreo, y los bloques IPM 1702 de la Figura 15.
En la Figura 11, el controlador 1303 de módem lleva a la práctica el Bucle con Enclavamiento de Fase (PLL) como un algoritmo de programación en el circuito lógico SW PLL 1724 de la Figura 15, que calcula el desplazamiento de fase y de frecuencia de la señal recibida con respecto a la señal transmitida. Los desplazamientos de fase calculados se usan para desrotar los desplazamientos de fase de las señales de datos de caminos múltiples, en los bloques 1718, 1719, 1720, 1721 de rotación y combinación, para combinar, a fin de producir señales de salida correspondientes a los canales de recepción TR0', TR1', TR2', TR3'. Después, los datos son decodificados después según el método Viterbi, en los Decodificadores Viterbi 1713, 1714, 1715, 1716, para extraer la codificación convolucional en cada uno de los canales de mensajes recibidos.
La Figura 15 indica que el Generador 1304 de Códigos proporciona las secuencias de códigos Pn_{i}(t), I = 1,
2, ...I usadas por los supresores de expansión 1703, 1704, 1705, 1706, 1707, 1708, 1709 de canales recibidos. Las secuencias de códigos generadas son temporizadas en respuesta a la señal SYNC de la señal de reloj del sistema, y son determinadas por la señal CCNTRL del controlador 1303 de módem mostrado en la Figura 11. Con referencia a la Figura 15, la sección receptora 1302 del módem CDMA incluye el Filtro Adaptativo Adaptado (AMF) 1710, los supresores de expansión 1703, 1704, 1705, 1706, 1707, 1708, 1709 de Canales, el AVC Piloto 1711. el AVC Auxiliar 1712, los decodificadores Viterbi 1713, 1714, 1715, 1716, la Interfaz 1717 de Salida de Módem (MOI = Modem Output Interface), los circuitos lógicos 1718, 1719, 1720, 1721 de Rotación y Combinación, el Generador 1722 de Pesos AMF y el circuito lógico 1723 de Estimación de Cuantil.
En otra realización de la invención, el receptor del módem CDMA también puede incluir un Integrador de Errores de Bits para medir la BER del canal, y el circuito lógico de inserción de código de reposo entre los decodificadores Viterbi 1713, 1714, 1715, 1716 y la MOI 1717, para insertar códigos de reposo en el caso de pérdida de datos de mensajes.
El Filtro Adaptativo Adaptado (AMF) 1710 resuelve la interferencia de caminos múltiples introducida por el canal aéreo. El AMF 1710 ejemplar usa un filtro FIR complejo de etapas, como el mostrado en la Figura 16. Las señales digitales I y Q de mensajes recibidos son recibidas en el registro 1820 desde el convertidor A/D 1730 de la Figura 15, y son multiplicadas en multiplicadores 1801, 1802, 1803, 1810, 1811 por pesos W1 a W11 de los canales I y Q recibidos desde el generador 1722 de pesos AMF de la Figura 15. En la realización ejemplar, el convertidor A/D 1730 proporciona los datos de señales digitales I y Q de mensajes recibidos como 6 bits I y 6 bits Q de complemento a 2, que son introducidos sincronizadamente a través de un registro de desplazamiento 1820 de 11 etapas sensible a la señal de reloj recibida RXPNCLK del código de expansión. La señal RXPNCLK es generada por la sección de temporización 1401 del circuito lógico 1304 de generación de códigos. Cada etapa del registro de desplazamiento es separada en tomas intermedias y multiplicada en complejos en los multiplicadores 1801, 1802, 1803, 1810, 1811, por pesos individuales (6 bits I y 6 bits Q) para proporcionar 11 productos ponderados de tomas intermedias que son sumados en el sumador 1830, y limitados a valores de 7 bits I y 7 bits Q.
La sección receptora 1302 del módem CDMA (mostrada en la Figura 11) proporciona supresores de expansión independientes 1703, 1704, 1705, 1706, 1707, 1708, 1709 (mostrados en la Figura 15), de canales, para suprimir la expansión de los canales de mensajes. La realización descrita suprime la expansión de 7 canales de mensajes, aceptando cada supresor de expansión una señal de código de expansión de 1 bit I y 1 bit Q para efectuar una correlación compleja de este código contra una entrada de datos de 8 bits I por 8 bits Q. Los 7 supresores de expansión corresponden a los 7 canales: Canal 0 de Tráfico (TR0'), TR1', TR2', TR3', AUX (una canal de reserva), Control Automático de Potencia (APC) y Piloto (PLT).
El AVC piloto 1711 mostrado en la Figura 17 recibe los valores PCI y PCQ de la secuencia de códigos de Expansión Piloto I y Q, en el registro de desplazamiento 1920 sensible a la señal de temporización RXPNCLK, e incluye 11 supresores de expansión individuales 1901 a 1911 que correlacionan, cada uno, los datos de las señales digitales I y Q de mensajes recibidos, con versiones retrasadas un chip, de la misma secuencia de código piloto. Las señales OE1, OE2, ... OE11 son usadas por el control 1303 de módem para permitir la operación de supresión de expansión. Las señales de salida de los supresores de expansión son combinadas en el combinador 1920 que forma la señal de correlación DSPRDAT del AVC Piloto 1711, que es recibida por el Circuito Lógico 1701 de Adquisición y Rastreo (mostrado en la Figura 15) y, finalmente, por el controlador 1303 de módem (mostrado en la Figura 11). El Circuito Lógico 1701 de Adquisición y Rastreo usa el valor de la señal de correlación para determinar si el receptor local está sincronizado con su transmisor remoto.
El AVC Auxiliar 1712 también recibe los datos de señales digitales I y Q de mensajes recibidos y, en la realización descrita, incluye cuatro supresores de expansión separados 2001, 2002, 2003, 2004, como se muestra en la Figura 18. Cada supresor de expansión recibe y correlaciona los datos digitales I y Q de mensajes recibidos, con versiones retrasadas de la misma secuencia de códigos de supresión de expansión PARI y PARQ, que son proporcionadas por el generador 1304 de códigos, introducidas y contenidas en el registro de desplazamiento 2020. Las señales de salida de los supresores de expansión 2001, 2002, 2003, 2004 son combinadas en el combinador 2030, que proporciona la señal de correlación de ruido ARDSPRDAT. La secuencia de códigos de supresión de expansión del AVC Auxiliar no corresponde a ninguna secuencia transmitida de códigos de expansión del sistema. Las señales OE1, OE2, ... OE4 son usadas por el control 1303 de módem para permitir la operación de supresión de expansión. El AVC Auxiliar 1712 proporciona una señal de correlación de ruido ARDSPRDAT, a partir de la cual son calculadas estimaciones de cuantiles por el Estimador 1733 de Cuantil, y proporciona una medida de nivel de ruido para el Circuito Lógico 1701 de Adquisición y Rastreo (mostrado en la Figura 15) y el controlador 1303 de módem (mostrado en la Figura 11).
Cada señal de salida de canal, de expansión suprimida, correspondiente a los canales de mensajes recibidos TR0', TR1', TR2' y TR3' es introducida en un correspondiente decodificador Viterbi 1713, 1714, 1715, 1716 mostrado en la Figura 15, que efectúa la corrección de error hacia delante en datos codificados convolucionalmente. Los decodificadores Viterbi de la realización ejemplar tiene una longitud restringida de K = 7 y una velocidad de R = 1/2. Las señales decodificadas de los canales de mensajes, de expansión suprimida, son transferidas desde el módem CDMA a la Autopista PCM 1201 a través de la MOI 1717. El funcionamiento de la MOI es muy parecido al funcionamiento del MISR de la sección transmisora 1301 (mostrado en la Figura 11), excepto que al revés.
La sección receptora 1302 del módem CDMA lleva a la práctica varios algoritmos diferentes durante diferentes fases de la adquisición, rastreo y supresión de expansión de la señal recibida del mensaje CDMA.
Cuando la señal recibida se pierde momentáneamente (o se degrada severamente), el algoritmo de inserción de código de reposo inserta códigos de reposo en lugar de los datos perdidos o degradados de mensajes recibidos, para impedir que el usuario oiga impulsos de ruido elevado en una llamada vocal. Los códigos de reposo son enviados a la MOI 1717 (mostrada en la Figura 15) desde los decodificadores Viterbi 1713, 1714, 1715, 1716, en lugar de la señal de salida decodificada del canal de mensajes. El código de reposo usado para cada canal de tráfico es programado por el Controlador 1303 de Módem escribiendo el modelo apropiado IDLE (REPOSO) en la MOI, que, en la presente realización,
es una palabra de 8 bits para una corriente de 64 kbit/s, y una palabra de 4 bit para una corriente de 32 kbit/s.
Algoritmos de Módem para adquisición y rastreo de señal piloto recibida
Los algoritmos de adquisición y rastreo son usados por el receptor para determinar la fase de código aproximada de una señal recibida, sincronizar los supresores de expansión locales del receptor del módem a la señal piloto entrante, y rastrear la fase de las secuencias de códigos piloto generadas localmente con la secuencia de códigos piloto recibida. Con referencia a las Figuras 11 y 15, los algoritmos son realizados por el Controlador 1303 de Módem, que proporciona señales de ajuste de reloj para el generador 1304 de códigos. Estas señales de ajuste hacen que el generador de códigos para los supresores de expansión ajusten secuencias de códigos generadas localmente en respuesta a valores de salida medidos, del Rastrillo Piloto 1711 y valores de Cuantiles de los estimadores 1723B de cuantiles. Los valores de cuantiles son medidas estadísticas de ruido de los canales En-fase y Cuadratura de los valores de salida del Correlacionador 1712 de Vector AUX (mostrado en la Figura 15). La sincronización del receptor con la señal recibida está separada en dos fases: una fase inicial de adquisición y una fase de rastreo. La fase inicial de adquisición se logra sincronizando las secuencias de códigos de expansión piloto generadas localmente a una velocidad mayor o menor que la velocidad de códigos de expansión de las señales recibidas, desplazando la secuencia de códigos de expansión piloto generada localmente y efectuando una prueba secuencial de relación de probabilidad (SPRT = Sequential Probability Ratio Test) en la salida del Correlacionador 1711 de Vector Piloto. La fase de rastreo mantiene las secuencias piloto de códigos de expansión generadas localmente en sincronización con la señal piloto entrante.
El algoritmo "frío" de adquisición de unidad de abonado (SU), es usado por el módem CDMA de la SU cuando es activada primeramente y, por lo tanto, no tiene conocimiento de la fase correcta del código de expansión piloto, o cuando una SU intenta readquirir la sincronización con la señal piloto entrante, pero ha empleado una cantidad de tiempo excesiva. El algoritmo frío de adquisición está dividido en dos subfases. La primera subfase consiste en una búsqueda sobre el código de longitud 233415 usado por el FBCCH. Una vez que esta fase de subcódigo ha sido adquirida, se sabe que el código de longitud 233415 x 128 del piloto está dentro de una ambigüedad de 128 fases posibles. La segunda subfase es una búsqueda de estas 128 fases posibles restantes. Para no perder el sincronismo con el FBCCH, es deseable que la segunda fase de la búsqueda conmute alternativamente, entre rastrear el código FBCCH e intentar la adquisición del código piloto.
La adquisición en la RCS, del algoritmo de piloto de acceso corto (SAXPT = Short Access Pilot), es usada por un módem CDMA de la RCS, para adquirir la señal piloto SAXPT de una SU. El algoritmo es un algoritmo de búsqueda rápida porque la SAXPT es una secuencia de códigos cortos de longitud N, donde N = chips/símbolo, y va desde 45 a 195, dependiendo de la anchura de banda del sistema. La búsqueda efectúa un ciclo a través de todas las fases posibles, hasta que se completa la adquisición.
La adquisición en la RCS, del algoritmo del piloto de acceso largo (LAXPT = Long Access Pilot), empieza inmediatamente después de la adquisición del SAXPT. Se sabe que la fase de código de la SU está dentro de un múltiplo de una duración de símbolo, por tanto, en la realización ejemplar de la invención, puede haber de 7 a 66 fases que buscar dentro del retardo de ida y vuelta desde la RCS. Este límite es el resultado de que la señal piloto de la SU está siendo sincronizada con la señal piloto Global de la RCS.
El algoritmo de readquisición empieza cuando ocurre la pérdida de enclavamiento de código (LOL = Loss of Code Lock). Se usa un algoritmo de búsqueda-Z para acelerar el proceso, en la suposición de que la fase del código no se haya desviado lejos de donde estaba la última vez que el sistema estaba enclavado. La RCS usa una anchura máxima de la ventana de búsqueda-Z limitada por el máximo retardo de propagación de ida y vuelta.
El algoritmo de Rastreo Previo sigue inmediatamente a los algoritmos de adquisición o readquisición, y precede inmediatamente al algoritmo de rastreo. El Rastreo Previo es un periodo de duración fija, durante el cual, los datos recibidos proporcionados por el módem no se consideran válidos. El periodo de Rastreo Previo permite otros algoritmos de módem, tales como los usados por el SW PLL 1724, el circuito de Adquisición y Rastreo, y el Generador 1722 de Pesos AMF, para prepararse y adaptarse al canal en curso. El algoritmo de Rastreo Previo tiene dos partes. La primera parte es el retardo mientras entra el bucle de rastreo de código. La segunda parte es el retardo mientras los cálculos de pesos de tomas intermedias del AMF son efectuados por el Generador 1722 de Pesos AMF para producir coeficientes ponderados establecidos. También en la segunda parte del periodo de Rastreo Previo, se permite que el bucle de rastreo de portadora sea introducido por el SW PLL 1724, y la estimación de cuantil escalar es efectuada en el estimador 1723A de Cuantil.
El proceso de Rastreo es introducido después que termina el periodo de Rastreo Previo. Este proceso es realmente un ciclo repetitivo, y es la única fase del proceso durante la cual se pueden considerar válidos los datos recibidos proporcionados por el módem. Durante esta fase se efectúan las siguientes operaciones: Actualización de Pesos de Tomas Intermedias del AMF, Rastreo de Portadora, Rastreo de Código, Actualización de Cuantil Vectorial, Actualización de Cuantil Escalar, Comprobación de Enclavamiento de Código, Desrotación y Suma de Símbolos, y Control de Potencia (hacia delante y hacia detrás).
Si se detecta pérdida de enclavamiento (LOL), el receptor del módem termina el algoritmo de Rastreo e introduce automáticamente el algoritmo de readquisición. En la unidad de abonado SU, una pérdida de enclavamiento hace que se pare el transmisor. En la RCS, la pérdida de enclavamiento hace que se desactive el control de potencia hacia delante, manteniéndose constante la potencia de transmisión en el nivel inmediatamente anterior a la pérdida de enclavamiento. Esto también hace que la información de retorno de control de la potencia que está siendo transmitida, adopte una configuración 010101..., haciendo que la unidad de abonado (SU) mantenga constante su potencia de transmisión. Esto se puede efectuar usando la función de comprobación de enclavamiento de señal, que genera la señal de reposición para el circuito 1701 de adquisición y rastreo.
Se mantienen dos conjuntos de estadísticas de cuantiles, uno por el estimador 1723B de Cuantil y el otro por el Estimador 1723A de Cuantil Escalar. Ambos son usados por el controlador 1303 de módem. El primer conjunto es la información de cuantil "vectorial", así llamada porque se calcula a partir del vector de cuatro valores complejos generados por el receptor AVC AUX 1712. El segundo conjunto es la información de cuantil escalar, que se calcula a partir de la única señal AUX de valor complejo que sale del Supresor de Expansión AUX 1707. Los dos conjuntos de información representan conjuntos diferentes de estadísticas de ruido usadas para mantener una predeterminada Probabilidad de Falsa Alarma (P_{fa}). Los datos del cuantil vectorial son usados por los algoritmos de adquisición y readquisición realizados prácticamente por el controlador 1303 de módem para determinar la presencia de una señal recibida en ruido, y la información de cuantil escalar es usada por el algoritmo de comprobación de enclavamiento de código.
Tanto para el caso vectorial como para el escalar, la información de cuantil consiste en valores calculados de lambda0 hasta lambda2, que son valores límites usados para estimar la función de distribución de probabilidad (f.d.p.) de la señal recibida con expansión suprimida, y determinar si el módem está enclavado al código PN. El valor "Aux_Power", usado en la siguiente subrutina-C es la magnitud elevada al cuadrado, de la señal AUX que sale del conjunto de correlacionadores escalares para los cuantiles escalares, y la suma de las magnitudes elevadas al cuadrado para el caso vectorial. En ambos casos, los cuantiles son calculados, después, usando la siguiente subrutina-C:
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donde CG[n] son constantes positivas y GM[n] son constantes negativas (se usan valores diferentes para cuantiles escalares y vectoriales).
Durante la fase de adquisición, la búsqueda de la señal piloto entrante con la secuencia de códigos piloto, generada localmente, emplea una serie de pruebas secuenciales para determinar si el código piloto generado localmente tiene la fase de código correcta con respecto a la señal recibida. Los algoritmos de búsqueda usan la Prueba Secuencial de Relación de Probabilidad (SPRT) para determinar si las secuencias de códigos recibidas y generadas localmente están en fase. La velocidad de adquisición es aumentada por el paralelismo resultante de tener un receptor de "multibarra". Por ejemplo, en la realización descrita de la invención, el Rastrillo Piloto 1711 principal tiene un total de 11 barras que representan un periodo de fase total de 11 periodos de chips. Para la adquisición se llevan a cabo 8 pruebas secuenciales de relación de probabilidad (SPRT) separadas, observado cada SPRT una ventana de 4 chips. Cada ventana está desviada de la ventana previa en un periodo de chip, y en una secuencia de búsqueda, cualquier fase de código dada es cubierta por 4 ventanas. Si son rechazadas la totalidad de las 8 pruebas SPRT, el conjunto de ventanas es movido en 8 chips. Si cualquiera de las SPRT es aceptada, la fase de código de la secuencia de códigos piloto generada localmente es ajustada para intentar centrar la fase de la SPRT aceptada, dentro del AVC Piloto. Es probable que más de una SPRT alcance el umbral de aceptación al mismo tiempo. Se usa una tabla de consulta para cubrir todas las 256 combinaciones posibles de aceptación/rechazo, y el controlador de módem usa la información para estimar la fase central correcta de código, dentro del Rastrillo Piloto 1711. Cada SPRT es llevada a cabo como sigue (todas las operaciones ocurren a una velocidad de símbolo de 64 k): Designar los valores de niveles de salida de "barras" como I_Finger[n] y Q_Finger[n], donde n = 0 ... 10 (inclusive, 0 es la barra más adelantada (más avanzada)), entonces, la potencia de cada ventana es:
\text{Potencia de Ventana} [i] = \Sigma _{n} (I_Finger^{2} [n] + Q_Finger^{2} [n]
Para llevar a cabo la SPRT, el controlador de módem efectúa, después, para cada una de las ventanas, los siguientes cálculos que son expresados como una subrutina de seudo-código:
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donde lambda[k] son como las definidas en la sección anterior en la estimación de cuantil, y SIGMA[k], ACCEPTANCE_THRESHOLD y DISMISSAL_THRESHOLD (aceptación_umbral y rechazo_umbral) son constantes predeterminadas. Obsérvese que SIGMA[k] es negativa para valores bajos de k, y positiva para valores altos de k, de tal modo que los umbrales de aceptación y rechazo pueden ser constantes en lugar de una función de cuántos valores de símbolos de datos han sido acumulados en la estadística.
El controlador de módem determina en qué espacio, delimitado por los valores de lambda[k], cae el nivel de Potencia, en el cual se permite que el controlador de módem desarrolle una estadística aproximada.
Para el presente algoritmo, el voltaje de control está formado como \varepsilon = y^{T}By, donde y es un vector formado de los valores de salida de valor complejo del correlacionador 1711 de Vector Piloto, y B es una matriz consistente en valores constantes predeterminados para maximizar las características de funcionamiento mientras minimiza el ruido, como se describió anteriormente con referencia al Detector Cuadrático.
Para entender el funcionamiento del Detector Cuadrático, es útil considerar lo siguiente. Una señal (CDMA) de espectro expandido, s(t), es pasada a través de un canal de caminos múltiples con una respuesta de impulsos h_{c}(t). La señal de banda base expandida está descrita por la ecuación (27).
(27)s(t) = \sum\limits_{i} C_{i}p(t-iT_{c})
donde C_{i} es un símbolo código de expansión complejo, p(t) es un impulso de chip predefinido, y T_{c} es la separación de tiempo del chip, donde T_{c} = 1/R_{c} y R_{c} es la velocidad de chip.
La señal de banda base recibida está representada por la ecuación (28).
(28)r(t) = \sum\limits_{i} C_{i}q(t-iT_{c} - \tau ) + n(t)
donde q(t) = p(t)*h_{c}(t), \tau es un retardo desconocido, y n(t) es ruido aditivo. La señal recibida es procesada por un filtro h_{R}(t) de modo que la forma de onda x(t) a procesar está dada por la ecuación (29).
(29)x(t) = \sum\limits_{i} C_{i}f(t-iT_{c} - \tau ) + z(t)
donde f(t) = q(t)*h_{R}(t) y z(t) = n(t)*h_{R}(t).
En el receptor ejemplar, se toman muestras de la señal recibida a la velocidad de chip, es decir, 1/T_{c}. Estas muestras, x(mT_{c} + \tau'), son procesadas por un conjunto de correlacionadores que calculan, durante el periodo de correlación de orden r, las cantidades dadas por la ecuación (30).
(30)v^{(r)}_{k} = \sum\limits^{rL+L-1}_{m=rL} x(mT_{c} + \tau ')C^{o}_{m+k}
\newpage
Estas cantidades se componen de un componente de ruido w_{k}^{(r)} y un componente determinístico y_{k}^{(r)} dado por la ecuación (31).
(31)y^{(r)} _{k} = E[v^{(r)} _{k}] = Lf(kT_{c} + \tau ' - \tau )
En la continuación, el índice r de tiempo se puede suprimir para facilidad de escritura, aunque hay que observar que la función f(t) cambia lentamente con el tiempo.
Las muestras son procesadas para ajustar la fase de muestreo, \tau', de una manera óptima para el posterior proceso por parte del receptor, tal como el filtrado adaptado. Este ajuste se describe a continuación. Para simplificar la representación del proceso, es útil describirlo en términos de la función f(t + \tau), donde se ha de ajustar el desplazamiento de tiempo, \tau. Se observa que la función f(t + \tau) está medida en presencia de ruido. Por tanto, puede ser problemático ajustar la fase \tau' basándose en medidas de la señal f(t + \tau). Para tener en cuenta el ruido, se introduce la función v(t) = f(t) + m(t), donde el término m(t) representa un proceso de ruido. El procesador del sistema se puede derivar tomando como base consideraciones de la función v(t).
El proceso es no-coherente y, por lo tanto, está basado en la función de envoltura de potencia |v(t + \tau)|^{2}. La expresión funcional e(\tau'), dada en la ecuación (32) es útil para describir el proceso.
(32)e(\tau ') = \int^{0}_{-\infty }|v(t+ \tau ' - \tau )| ^{2}dt - \int^{\infty }_{0}|v(t + \tau ' - \tau )|^{2}dt
El parámetro de desplazamiento se ajusta para e(\tau') = 0, lo que ocurre cuando la energía en el intervalo (-\infty,\tau' - \tau) es igual a la del intervalo (\tau' - \tau, \infty). La Característica de error es monotónica y, por lo tanto, tiene un solo punto de cruce por cero. Ésta es la cualidad deseable de la expresión funcional. Un desventaja de la expresión funcional es que está definida defectuosamente porque los números enteros no están limitados cuando el ruido está presente. Sin embargo, la expresión funcional e(\tau') se puede transformar en la forma dada por la ecuación (33).
(33)e(\tau ' ) = \int^{\infty }_{-\infty } w(t)|v (t + \tau ' - \tau )| ^{2}dt
donde la función característica w(t) es igual a sgn(t), que es la función signo.
Para optimizar la función característica w(t), es útil definir una figura de mérito, F, como la expresada por la ecuación (34).
(34)F = \frac{\overline{[e(\tau ' _{0} + T_{A}) - e(\tau '_{0} - T_{A})]}^{2}}{VAR\{e(\tau '_{0})\}}
El numerador de F es la pendiente numérica de la característica media de error en el intervalo [-T_{A}, T_{A}], que rodea el valor rastreado, \tau_{0}'. La media estadística se toma con respecto al ruido, así como al canal aleatorio, h_{c}(t). Es deseable especificar una característica estadística del canal para efectuar esta media estadística. Por ejemplo, el canal puede ser modelado como canal de Dispersión Estacionaria de Sentido Amplio Sin Correlacionar (WSSUS = Wide Sense Stationary Uncorrelated Scattering) con respuesta de impulsos h_{c}(t), y un proceso U(t) de ruido blanco que tiene una función de intensidad g(t) como la mostrada en la ecuación (35).
(35)h_{c} (t) = \sqrt{g(t)} U(t)
La variancia de e(t) se calcula como el valor medio cuadrático de la fluctuación:
(36)e'(\tau ) = e(\tau ) - \langle e(\tau ) \rangle
donde \langlee(\tau)\rangle es la media de e(t) con respecto al ruido.
La optimización de la figura de mérito, F, con respecto a la función w(t), se puede llevar a cabo usando métodos Variacionales de optimización bien conocidos.
Una vez determinada la w(t) óptima, el procesador resultante se puede aproximar exactamente mediante un procesador cuadrático de muestras que se deriva como sigue.
Por el teorema de muestreo, la señal v(t), limitada en banda a un anchura de banda W, se puede expresar en función de sus muestras, como se indica en la ecuación (37):
(37)v(t) = \sum v(k/W) sinc [(Wt - k) \pi]
sustituyendo esta expansión en la ecuación (z + 6) da lugar a una forma cuadrática infinita en las muestras v(k/W + \tau' - \tau). Haciendo la suposición de que la anchura de banda de la señal es igual a la velocidad de chip, se permite el uso de un esquema de muestreo que está temporizado por la señal de reloj de chip que se ha de usar para obtener las muestras. Estas muestras v_{k} están representadas por la ecuación (38).
(38)v_{k} = v(kT_{c} + \tau ' - \tau )
Esta suposición conduce a una simplificación de la realización práctica. Es válida si el error de repliegue de espectro ("aliasing") es pequeño.
En la práctica, la forma cuadrática que se deriva es truncada. En la siguiente Tabla 12 se da un ejemplo de la matriz B normalizada. Para este ejemplo, se supone un perfil expandido de retardo exponencial g(t) = exp(-t/\tau), con \tau igual a un chip. También se ha supuesto un parámetro de apertura T_{A} igual a uno y medio chips. El subyacente impulso de chip tiene un espectro de coseno elevado con un exceso de anchura de banda del 20%.
TABLA 12 Ejemplo de Matriz B
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El rastreo de códigos se lleva a cabo mediante un detector de fase de bucle que se lleva a la práctica como sigue. Se define el vector y como un vector de columna que representa los 11 valores complejos de nivel de salida del AVC Piloto 1711, y B designa una matriz simétrica de 11 x 11 coeficientes de valores reales, con valores predeterminados para optimizar el comportamiento con los valores, y, de salida no-coherente del AVC Piloto. Como se describió anteriormente, la salida del detector de fase está dada por la ecuación (39):
(39)\varepsilon = y^{T}By
Después se efectúan los siguientes cálculos para llevar a la práctica un filtro de bucle proporcional más integral y el VCO:
x[n] = x[n-1] + \beta \varepsilon
z[n] = n[n-1] + x[n] + \alpha \varepsilon
para \beta y \alpha que son constantes escogidas de modelar el sistema para optimizar el comportamiento del sistema para el canal de transmisión y la aplicación particulares, y donde x[n] es el valor de salida del integrador de filtro de bucle y z[n] es el valor de salida del VCO. Los ajustes de fase de códigos son efectuados por el controlador de módem usando la siguiente subrutina de seudo-códigos:
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Se podría usar una fase de retardo diferente en la anterior subrutina de seudo-códigos, de acuerdo con la presente invención.
El Algoritmo de Actualización de Peso de Toma Intermedia del AMF, del Generador 1722 de Pesos del AMF (mostrado en la Figura 15), ocurre periódicamente para desrotar y graduar la fase de cada valor de barra del Rastrillo Piloto 1711, efectuando una multiplicación compleja del valor de barra del AVC Piloto con la conjugada compleja del voltaje actual de salida del bucle de rastreo de portadora, y aplicando el producto a un filtro paso bajo para producir valores de pesos de tomas intermedias del AMF, que son escritos periódicamente en los filtros AMF del módem CDMA.
El algoritmo de comprobación de enclavamiento de código (mostrado en la Figura 15) es llevado a la práctica por el controlador 1303 de módem que efectúa operaciones SPRT en la señal de salida del conjunto de correlacionadores escalares. La técnica SPRT es la misma que la de los algoritmos de adquisición, excepto que se cambian las constantes para aumentar la probabilidad de detección de enclavamiento.
El rastreo de portadora se consigue mediante un bucle de segundo orden que actúa sobre los valores de salida piloto del conjunto de correlacionadores escalares. La salida del detector de fase es la versión más limitada del componente de cuadratura del producto (valor complejo) de la señal de salida piloto del conjunto de correlacionadores escalares y la señal de salida del VCO. El filtro de bucle es un diseño proporcional más integral. El VCO es una pura suma del error de fase acumulado, f, que es convertido al fasor complejo cos f + j sen f, usando una tabla de consulta en memoria.
La descripción anterior del algoritmo de adquisición y rastreo está enfocada en un método no-coherente porque el algoritmo de adquisición y rastreo descrito usa adquisición no-coherente seguida de rastreo no-coherente. Esto se hace porque, durante la adquisición, no está disponible una referencia coherente hasta que el AMF, el AVC Piloto, el AVC Auxiliar y el DPLL estén en un estado de equilibrio. Sin embargo, en la técnica se sabe que se prefiere el rastreo y combinación coherentes porque en el rastreo y combinación no-coherentes se pierde la información de la fase de salida de cada barra del AVC Piloto. Por consiguiente, otra realización de la invención emplea un sistema de adquisición y rastreo de dos etapas, en el cual, primero se lleva a cabo el anteriormente descrito algoritmo de adquisición y rastreo no-coherentes y, después, se cambia el sistema a un método de rastreo coherente. El método de combinación y rastreo coherente es similar al descrito anteriormente, excepto que la señal de error rastreada es de la
forma:
(40)\varepsilon = y^{T}Ay
donde y está definido como un vector columna que representa los 11 valores complejos del nivel de salida del AVC Piloto 1711, y A designa una matriz simétrica de 11 x 11 coeficientes de valores reales con valores predeterminados para optimizar el comportamiento con las salidas coherentes, y, del AVC Piloto. A continuación se muestra una matriz A ejemplar.
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Aunque la invención se ha descrito en términos de múltiples realizaciones ejemplares, los expertos en la técnica comprenderán que la invención se puede llevar a la práctica con modificaciones de las realizaciones, que estén dentro del ámbito de la invención, definida por las siguientes reivindicaciones.

Claims (3)

1. Un módem CDMA de Acceso Múltiple por División de Código (1210 - 1212) para transmitir y recibir señales de telecomunicaciones que incluyen señales de información y señales de control de conexión por un canal de transmisión y un canal de recepción que tienen respectivas primera y segunda señales de código piloto, estando sincronizada la segunda señal de código piloto con la primera señal piloto; en el que el módem incluye un transmisor de módem para transmitir señales codificadas, y un receptor de módem para recibir señales codificadas;
teniendo el transmisor del módem:
a) medios (1304) de generación de códigos que comprenden primeros medios (608) de código piloto para proporcionar una primera señal de código piloto seleccionada entre una pluralidad de distintas señales de códigos piloto, y medios de mensajes para generar una pluralidad de distintas señales de códigos de mensajes, relacionadas y sincronizadas con la primera señal de código piloto;
b) medios de expansión (1411 - 1414) acoplados a los medios de mensajes, para combinar cada una de las señales de información con una respectiva señal de la pluralidad de señales de códigos de mensajes, para generar una pluralidad de señales de mensajes procesadas con espectro expandido, que comprenden una señal de transmisión CDM, de Multiplexación por División de Código, para la transmisión por el canal de transmisión, y la primera señal piloto; en los que cada una de la pluralidad de señales de códigos de mensajes está sincronizada con la primera señal de código piloto; y
teniendo el receptor del módem:
a) medios (1304) de generación de códigos locales, que comprenden medios asociados locales de código piloto, para proporcionar una segunda señal de código piloto relacionada con la primera señal de código piloto, y medios locales de códigos de mensajes para generar una pluralidad de señales locales de códigos de mensajes recibidos relacionadas con la segunda señal de código piloto, estando sincronizados los segundos medios de código piloto con los medios locales de códigos de mensajes;
b) medios (1701) de adquisición y rastreo de código piloto para adquirir y rastrear la segunda señal de código piloto, que comprenden una pluralidad de segundos medios de correlación de código piloto retardado en fase, para estimar una respuesta de impulsos de canal asociada con la segunda señal de código piloto, estimando una respuesta compleja de canal que afecta a cada componente de caminos múltiples de la segunda señal de código piloto, y para correlacionar respectivas versiones retardadas en fase de la segunda señal de código piloto, con una señal CDM recibida del canal de recepción, usando la estimación de respuesta de impulsos del canal para producir una segunda señal piloto de expansión suprimida, siendo cambiada la fase de código de la segunda señal de código piloto en respuesta a una señal de adquisición; y medios para detectar la presencia de la segunda señal piloto de expansión suprimida, a fin de producir una señal de adquisición, indicando la señal de adquisición un grado de sincronización entre la segunda señal de código piloto y la primera señal de código piloto;
c) un correlacionador (1711) de vector piloto que incluye medios para ajustar la fase de la segunda señal de código piloto en respuesta a la señal de adquisición, en un sentido que tienda a aumentar el nivel de la segunda señal piloto de expansión suprimida; y
d) una pluralidad de medios (1703 - 1706, 1718 - 1721, 1713 - 1716) de adquisición de señales de mensajes, para proporcionar una pluralidad de señales de mensajes recibidos de expansión suprimida, incluyendo cada medio de adquisición de señales de mensajes un correlacionador de señal de mensaje recibido para correlacionar una de las señales locales de códigos de mensajes recibidos con la señal CDM recibida, usando la estimación de respuesta del canal de la segunda señal de código piloto, para producir una respectiva señal de mensaje recibido de expansión suprimida.
2. Los medios de módem CDMA de la reivindicación 1, en los que la pluralidad de segundos medios de correlación de código piloto retardado en fase están adaptados para correlacionar la segunda señal piloto con la señal CDM recibida, a fin de producir una pluralidad de señales piloto de caminos múltiples de expansión suprimida, y cada medio de correlación de código retardado en fase está adaptado para proporcionar una señal de peso de caminos múltiples correspondiente a una respectiva portadora de caminos múltiples de una respectiva señal de las señales piloto de caminos múltiples de expansión suprimida; y los medios de adquisición y rastreo de código piloto del receptor del módem comprenden, también:
un filtro piloto adaptativo adaptado (301), que incluye una pluralidad de medios de ponderación de señal para graduar en magnitud, y rotar en fase, las respectivas señales piloto de caminos múltiples de expansión suprimida, y sensibles, cada una, a la respectiva señal de ponderación de caminos múltiples, proporcionando la pluralidad de medios de ponderación de señal una pluralidad de señales piloto de caminos múltiples ponderadas de expansión suprimida; y medios de suma para sumar la pluralidad de señales piloto ponderadas de caminos múltiples de expansión suprimida para formar una segunda señal piloto de expansión suprimida; y
medios acoplados al correlacionador de vector piloto para detectar la segunda señal piloto de expansión suprimida y para producir una señal de adquisición, teniendo la señal de adquisición una magnitud que es proporcional a la energía de señal, de la segunda señal de código piloto de expansión suprimida, indicando la magnitud de la señal de adquisición un grado de sincronización entre la segunda señal de código piloto y la primera señal de código piloto;
incluyendo los medios de adquisición y rastreo de código piloto medios para ajustar la fase de código de la segunda señal de código piloto, en respuesta a la señal de adquisición, en un sentido que tienda a aumentar la energía de señal de la segunda señal piloto de expansión suprimida; y
la pluralidad de medios de adquisición de señales de mensajes, para proporcionar una pluralidad de señales de mensajes recibidos de expansión suprimida, incluyendo por lo menos una señal de información de expansión suprimida y una pluralidad de señales de control de llamadas, incluye, cada uno
una pluralidad de correlacionadores (701 - 703) de señales de mensajes recibidos para correlacionar las señales de códigos de mensajes recibidos con la señal CDM, para producir, respectivamente, una pluralidad de señales de caminos múltiples de mensajes recibidos de expansión suprimida; y
un filtro adaptativo adaptado (1710) de mensajes, que incluye una pluralidad de medios de ponderación de señal para alinear la fase de portadora de las respectivas señales de caminos múltiples de mensajes recibidos de caminos múltiples de expansión suprimida, en respuesta a las señales de ponderación de caminos múltiples, proporcionado la pluralidad de medios de ponderación de señal una pluralidad de señales ponderadas de mensajes recibidos de caminos múltiples de expansión suprimida, y medios sumadores para sumar la pluralidad de señales ponderadas de mensajes recibidos de caminos múltiples de expansión suprimida, para formar una señal de mensaje recibido de expansión suprimida.
3. Los medios de módem CDMA de la reivindicación 2, en los que la pluralidad de medios de adquisición de señales de mensajes están dispuestos de tal manera que la pluralidad de las señales de control de llamadas incluye la señal de identificación de usuario que identifica el usuario para la respectiva señal de información de expansión suprimida, y una señal de tipo de mensaje que indica un tipo y una velocidad de información para la señal de información de expansión suprimida.
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