BR0000965B1

BR0000965B1 - METHOD AND EQUIPMENT FOR OPERATING A MULTIPLE DISPERSION ACCESS WIRELESS SYSTEM

Info

Publication number: BR0000965B1
Application number: BR0000965A
Authority: BR
Inventors: Rajiv Laroia; Junyi Li; Michaela C Vanderveen
Original assignee: Qualcomm Inc
Priority date: 2000-02-28
Filing date: 2000-02-28
Publication date: 2014-09-02
Also published as: BR0000965A

Description

Campo da Invenção A invenção se refere a um método e equipamento para operar um sistema sem fio de acesso múltiplo de espectro de dispersão baseado em multiplexação por divisão de freqüência ortogonal (OFDM), e a um processador para usar em tal sistema.Field of the Invention The invention relates to a method and equipment for operating an orthogonal frequency division multiplexing (OFDM) based spread spectrum multiple access wireless system, and to a processor for use in such a system.

Fundamentos da Invenção Deseja-se que os sistemas de comunicação sem fio sejam tão eficientes quanto possível para maximizar a) a quantidade de usuários que podem ser servidos e b) as taxas de dados, se o serviço de dados for provido. Os sistemas sem fio são sistemas de mídia compartilhados, isto é, há uma largura de banda fixa disponível que deve ser compartilhada entre todos os usuários do sistema. Estes sistemas são freqüentemente implementados como sistemas "celulares", onde o território coberto é dividido em células separadas, e cada célula é servida por uma estação base. É bem sabido na técnica que as duas características particularmente desejáveis de um sistema sem fio celular são 1) a interferência intracelular, isto é, a interferência sofrida por um usuário, que é causada por outros usuários que estão dentro da mesma célula daquele usuário, seja a menor possível, e 2) a interferência intercelular, isto é, a interferência sofrida por um usuário, que é causada por outros usuários que estão em células diferentes daquela em que o usuário está localizado, seja calculado a média por todos os usuários em células adjacentes. A maioria dos sistemas celulares digitais da técnica anterior é de sistemas do tipo acesso múltiplo por divisão de tempo (TDMA), tais como o grupo para sistemas móveis especiais (GSM)-, norma intermediária (IS)-136- ou sistemas baseados na IS-54, ou são sistemas do tipo acesso múltiplo por divisão de código (CDMA), por exemplo, os sistemas baseados na IS-95.Background of the Invention Wireless communication systems are intended to be as efficient as possible to maximize a) the number of users that can be served and (b) data rates if the data service is provided. Wireless systems are shared media systems, ie there is a fixed bandwidth available that must be shared among all system users. These systems are often implemented as "cellular" systems, where the covered territory is divided into separate cells, and each cell is served by a base station. It is well known in the art that the two particularly desirable features of a cellular wireless system are 1) intracellular interference, that is, interference suffered by a user, which is caused by other users within the same cell as that user. as small as possible, and 2) intercellular interference, that is, interference by one user, which is caused by other users who are in cells other than the one in which the user is located, is averaged by all users in cells adjacent. Most prior art digital cellular systems are time division multiple access (TDMA) type systems, such as the group for special mobile systems (GSM) - intermediate standard (IS) -136- or IS-based systems. -54, or are code division multiple access (CDMA) type systems, for example, IS-95-based systems.

Na técnica anterior, as estações base adjacentes com sistemas TDMA de banda estreita utilizam partes diferentes, por exemplo, não sobrepostas, do espectro disponível. Todavia, as estações base que estão suficientemente distantes umas das outras para evitar interferência substancial entre elas, isto é, estações base não adjacentes, podem usar as mesmas partes do espectro disponível. Não obstante a reutilização do espectro, o espectro disponível para uso em cada célula é uma pequena parcela do espectro total disponível. Cada usuário em uma célula possui sua própria banda única de freqüência e a combinação de intervalos de tempo e, portanto os sistemas TDMA não apresentam nenhuma interferência intracelular, isto é, possuem a primeira característica desejável dos sistemas sem fio celulares. Contudo, os sistemas TDMA não possuem a segunda característica desejável, em que um determinado usuário somente interfere com um pequeno número de usuários fora da célula, de modo que a reutilização espectral é baseada na interferência de pior caso que na interferência média. Como conseqüência, o sistema apresenta uma baixa eficiência "espectral".In the prior art, adjacent base stations with narrowband TDMA systems use different, for example, non-overlapping portions of the available spectrum. However, base stations that are far enough apart to avoid substantial interference between them, i.e. nonadjacent base stations, may use the same parts of the available spectrum. Notwithstanding spectrum reuse, the spectrum available for use in each cell is a small portion of the total spectrum available. Each user in a cell has its own unique frequency band and time slot combination, and therefore TDMA systems have no intracellular interference, that is, they have the first desirable feature of cellular wireless systems. However, TDMA systems do not have the second desirable feature, where a given user only interferes with a small number of users outside the cell, so spectral reuse is based on worse-case interference than average interference. As a consequence, the system has a low "spectral" efficiency.

Na técnica anterior, nos sistemas CMDA de seqüência direta (DS), toda a largura de banda é usada por cada estação base, mas cada estação base usa um código de dispersão diferente. Tais sistemas CDMA prometem uma eficiência espectral maior que os sistemas TDMA de banda estreita. Desta forma, os sistemas CDMA possuem a segunda característica desejável de um sistema sem fio celular. Todavia, os sistemas CDMA não possuem a primeira característica desejável de um sistema sem fio celular, porque, apesar de os sinais transmitidos a partir da estação base dentro de uma célula serem ortogonais, em virtude da dispersão de canal, os sinais recebidos em um receptor não são necessariamente ortogonais.In the prior art, in direct sequence CMDA (DS) systems, all bandwidth is used by each base station, but each base station uses a different spreading code. Such CDMA systems promise higher spectral efficiency than narrowband TDMA systems. Thus, CDMA systems have the second desirable feature of a cellular wireless system. However, CDMA systems do not have the first desirable feature of a cellular wireless system because, although signals transmitted from the base station within a cell are orthogonal, due to channel dispersion, signals received at a receiver They are not necessarily orthogonal.

Isto resulta em interferência entre os usuários dentro de uma mesma célula.This results in interference between users within the same cell.

Os sistemas CDMA de salto de freqüência (FH) propostos na técnica anterior são muito semelhantes aos sistemas TDMA de banda estreita, exceto que eles empregam salto de freqüência para também obter a segunda característica desejável de um sistema sem fio celular. Em particular, cada transmissor transmite um sinal de banda estreita, e periodicamente altera a freqüência portadora para alcançar o salto de freqüência. Todavia, desvantajosamente, o salto é relativamente lento, reduzindo o valor da média que pode ser alcançado para um determinado retardo na via de transmissão que o sistema pode tolerar. A patente norte-americana N- 5,410,538, emitida para Roche et al., em 25 de abril de 1995, revela um sistema CDMA multitonal. Este é, essencialmente, um sistema OFDM que elimina a interferência intracelular, ao assegurar que os sinais recebidos dentro de uma célula sejam ortogonais. Desta forma, o sistema da Roche et al. possui ambas as características desejadas de um sistema sem fio celular.The prior art frequency hopping (FH) CDMA systems are very similar to narrowband TDMA systems, except that they employ frequency hopping to also achieve the second desirable feature of a cellular wireless system. In particular, each transmitter transmits a narrowband signal, and periodically changes the carrier frequency to achieve frequency hopping. However, disadvantageously, the jump is relatively slow, reducing the average value that can be achieved for a given transmission path delay that the system can tolerate. U.S. Patent No. 5,410,538, issued to Roche et al. On April 25, 1995, discloses a multitonal CDMA system. This is essentially an OFDM system that eliminates intracellular interference by ensuring that the signals received within a cell are orthogonal. Thus, the system of Roche et al. It has both the desired features of a cellular wireless system.

Contudo, o sistema de Roche et al. divide o espectro em um número grande de tons, que faz com que o sistema se torne muito suscetível de deslocamentos Doppler nos sistemas móveis.However, the system of Roche et al. divides the spectrum into a large number of tones, which makes the system very susceptible to Doppler shifts in mobile systems.

Também, em virtude de cada usuário móvel transmitir em um grande número de tons, a razão de pico para média do transmissor móvel é muito alta, resultando em uma eficiência de potência deficiente na estação móvel, o que é desvantajoso pelo fato de que a potência é às vezes um recurso limitado na estação móvel. A patente norte-americana N- 5,548,582, emitida para Brajal et al., em 20 de agosto de 1996, revela um acesso múltiplo de espectro de dispersão baseado em multiplexação por divisão de freqüência ortogonal de banda larga (OFDM) geral.Also, because each mobile user transmits in a large number of tones, the peak to average ratio of the mobile transmitter is very high, resulting in poor power efficiency at the mobile station, which is disadvantageous because the power It is sometimes a limited feature on the mobile station. U.S. Patent No. 5,548,582, issued to Brajal et al., On August 20, 1996, discloses a general broadband orthogonal frequency division multiplexing (OFDM) based scatter spectrum multiple access.

Sumário da Invenção Reconhecemos que o sistema de Brajal et al. não está otimizado para uso em um sistema celular, pois não há didática sobre como otimizar a) o padrão de salto, b) a designação de tom, ou c) a reutilização da largura de banda. Reconhecemos ainda que otimizar estes fatores, individual e/ou coletivamente, é importante para obter um sistema espectralmente eficiente, isto é, um sistema que possua as duas características particularmente desejáveis de um sistema sem fio celular. Portanto, de acordo com os princípios da invenção, toda a largura de banda de um sistema de acesso múltiplo OFDM é dividida em tons ortogonais, e todos os tons ortogonais são reutilizados em cada célula. Para reduzir a razão de pico para média no transmissor móvel, ao usuário de taxa de bits baixa, tal como um usuário de voz, é alocado, de preferência, apenas um, e não mais que um número muito pequeno, dos tons ortogonais para uso na comunicação com a estação base. Da mesma forma, aos usuários de dados são alocados tons para comunicação de dados. Porém, o número de tons designado para cada usuário de dados particular, é uma função da taxa de dados para aquele usuário. A designação de tom para um determinado usuário nem sempre é a mesma dentro da banda disponível, mas, em vez disso, os tons designados para cada usuário são saltados no decorrer do tempo.Summary of the Invention We recognize that the system of Brajal et al. It is not optimized for use in a cellular system, as there is no teaching on how to optimize a) the bounce pattern, b) tone designation, or c) bandwidth reuse. We further recognize that optimizing these factors, individually and / or collectively, is important to achieve a spectrally efficient system, that is, a system that has the two particularly desirable characteristics of a cellular wireless system. Therefore, according to the principles of the invention, the entire bandwidth of an OFDM multiple access system is divided into orthogonal tones, and all orthogonal tones are reused in each cell. To reduce the peak to average ratio on the mobile transmitter, the low bit rate user, such as a voice user, is preferably allocated only one, and no more than a very small number, of orthogonal tones for use. in communicating with the base station. Similarly, data users are allocated tones for data communication. However, the number of tones assigned to each particular data user is a function of the data rate for that user. The tone assignment for a particular user is not always the same within the available bandwidth, but instead, the tones assigned to each user are skipped over time.

De acordo com um aspecto da invenção, o padrão de salto é designado para alcançar diversidade máxima de freqüência e para estabelecer a média de interferência intercelular, por exemplo, usando um padrão que é gerado como uma função de um quadrado latino mutuamente ortogonal. Mais especificamente, no enlace descendente (downlink), isto é, no canal da estação base para a estação móvel, os tons designados para cada usuário são alterados relativamente rápido, por exemplo, de símbolo para símbolo, isto é, o usuário "salta" rápido de um tom para outro. Porém, no enlace ascendente (uplink), isto é, no canal da estação móvel para a estação base, apesar de o salto rápido ser possível, é ineficaz e, por isso, de preferência, o salto lento é empregado para permitir modulação eficiente do sinal de enlace ascendente. Todavia, quando o salto lento é usado no enlace ascendente, é necessário empregar técnicas adicionais, tal como intercalamento, para compensar a redução no efeito médio de interferência intercelular.According to one aspect of the invention, the jump pattern is designed to achieve maximum frequency diversity and to average intercellular interference, for example using a pattern that is generated as a function of a mutually orthogonal Latin square. More specifically, in downlink, that is, in the base station channel to the mobile station, the tones assigned to each user change relatively fast, for example from symbol to symbol, that is, the user "jumps" fast from one tone to another. However, uplink, that is, on the channel from the mobile station to the base station, although quick hop is possible, it is ineffective and therefore preferably slow hop is employed to allow efficient modulation of the uplink signal. However, when slow jump is used on the uplink, additional techniques such as interleaving must be employed to compensate for the reduction in the mean effect of intercellular interference.

De acordo com outro aspecto da invenção, para comunicação de dados, o controle de potência é empregado no enlace ascendente e/ou no enlace descendente, para que a taxa de transmissão seja aumentada, por exemplo, ao aumentar o número de símbolos transmitidos por tom por unidade de tempo ou taxa de codificação, como uma função da potência alocada por tom e da atenuação do canal correspondente.According to another aspect of the invention, for data communication, power control is employed on the uplink and / or downlink so that the transmission rate is increased, for example by increasing the number of symbols transmitted per tone. per unit of time or encoding rate, as a function of the tone allocated power and the corresponding channel attenuation.

Breve Descrição dos Desenhos Nos desenhos: Figura 1 - mostra um exemplo de tons ortogonais disponíveis em uma célula com um espaçamento de Δ, dentro de uma largura de banda W;Brief Description of the Drawings In the drawings: Figure 1 - shows an example of orthogonal tones available in a cell with a spacing of Δ within a bandwidth W;

Figura 2 - mostra uma vista no domínio do tempo do período de símbolo T, que é disponível para transmissão de símbolo, e o tempo adicional Tc necessário para a transmissão do prefixo cíclico;Figure 2 shows a time domain view of symbol period T, which is available for symbol transmission, and the additional time Tc required for cyclic prefix transmission;

Figura 3 - mostra um diagrama de blocos de um transmissor OFDM exemplar;Figure 3 shows a block diagram of an exemplary OFDM transmitter;

Figura 4 - mostra um diagrama de blocos de um receptor OFDM exemplar;Figure 4 shows a block diagram of an exemplary OFDM receiver;

Figura 5 - mostra mais detalhes de uma implementação exemplar do aplicador de dados para tom da Figura 3 para uma estação base;Figure 5 shows more details of an exemplary implementation of the tone data applicator of Figure 3 for a base station;

Figura 6 - mostra um diagrama de blocos de outro exemplo de transmissor OFDM; e Figura 7 - mostra um diagrama de blocos de outro exemplo de receptor OFDM.Figure 6 shows a block diagram of another example of OFDM transmitter; and Figure 7 shows a block diagram of another example OFDM receiver.

Descrição Detalhada da Invenção A descrição a seguir meramente ilustra os princípios da invenção. Será, assim, considerado que os especializados na técnica serão capazes de idealizar vários arranjos que, apesar de não explicitamente descritos ou mostrados aqui, incorporam os princípios da invenção e estejam incluídos dentro do seu conceito inventivo e escopo. Além disso, todos os exemplos e linguagem condicional relatados aqui são principalmente destinados expressamente para serem apenas para fins pedagógicos a fim de ajudar o leitor a entender os princípios da invenção e os conceitos contribuídos pelo(s) inventor(es) para facilitar a técnica, e devem ser entendidos como sendo sem limitação aos exemplos e condições especificamente relatados. Além disso, todas as declarações aqui relatam princípios, aspectos e modalidades da invenção, bem como os exemplos específicos destes, são destinados para abranger tanto os equivalentes estruturais como funcionais do mesmo.Detailed Description of the Invention The following description merely illustrates the principles of the invention. It will thus be appreciated that those skilled in the art will be able to devise various arrangements which, although not explicitly described or shown herein, incorporate the principles of the invention and are included within their inventive concept and scope. In addition, all examples and conditional language reported here are primarily expressly intended to be for educational purposes only to help the reader understand the principles of the invention and the concepts contributed by the inventor (s) to facilitate the technique, and should be construed as being without limitation to the specifically reported examples and conditions. In addition, all statements herein relate to the principles, aspects and embodiments of the invention, as well as specific examples thereof, are intended to encompass both structural and functional equivalents thereof.

Adicionalmente, pretende-se que tais equivalentes incluam tanto os equivalentes atualmente conhecidos como também os equivalentes desenvolvidos no futuro, isto é, quaisquer elementos desenvolvidos que realizam a mesma função, independentemente da estrutura.In addition, it is intended that such equivalents include both currently known equivalents as well as future developed equivalents, that is, any developed elements that perform the same function, regardless of structure.

Assim, por exemplo, será considerado pelos especializados na técnica que os diagramas de blocos aqui representam vistas conceituais de circuitos ilustrativos incorporando os princípios da invenção. Da mesma forma, será apreciado que quaisquer fluxogramas, diagramas de fluxo, diagramas de transição de estado, pseudocódigo, e semelhantes representem vários processos que possam ser substancialmente representados em um meio legivel por computador e assim executados por um computador ou processador, se ou não o computador ou processador é explicitamente mostrado.Thus, for example, it will be appreciated by those skilled in the art that the block diagrams herein represent conceptual views of illustrative circuits incorporating the principles of the invention. Likewise, it will be appreciated that any flowcharts, flow diagrams, state transition diagrams, pseudocode, and the like represent various processes that may be substantially represented on a computer readable medium and thus performed by a computer or processor, whether or not The computer or processor is explicitly shown.

As funções dos vários elementos mostrados nas Figuras incluem os blocos funcionais identificados como "processadores", que podem ser fornecidos com o uso de hardware dedicado bem como hardware capaz de executar software em associação com software adequado. Quando proporcionadas por um processador, as funções podem ser proporcionadas por um único processador dedicado, por um único processador compartilhado, ou por uma pluralidade de processadores individuais, alguns dos quais podem ser compartilhados. Além disso, o uso explicito do termo "processador" ou "controlador" não deve ser entendido como referindo exclusivamente a um hardware capaz de executar software, e pode implicitamente incluir, sem limitação, o hardware de processador de sinais digitais (DSP) , memória apenas de leitura (ROM) para armazenar software, memória de acesso aleatório (RAM), e armazenamento não volátil. Outros tipos de hardware, convencionais e/ou sob encomenda, podem ser também incluídos. Da mesma forma, todas as chaves mostradas nas Figuras são apenas conceituais. Sua função pode ser executada por meio de operação de lógica de programa, por meio de lógica dedicada, por meio de interação de controle de programa e de lógica dedicada, ou até mesmo manualmente, a técnica particular sendo selecionável pelo implementador, como mais especificamente entendido do contexto.The functions of the various elements shown in the Figures include the function blocks identified as "processors", which may be provided using dedicated hardware as well as hardware capable of running software in association with suitable software. When provided by a processor, the functions may be provided by a single dedicated processor, a single shared processor, or a plurality of individual processors, some of which may be shared. In addition, explicit use of the term "processor" or "controller" should not be construed as referring solely to hardware capable of running software, and may implicitly include, without limitation, digital signal processor (DSP) hardware, memory read-only (ROM) for storing software, random access memory (RAM), and nonvolatile storage. Other types of hardware, conventional and / or custom, may also be included. Similarly, all keys shown in the Figures are conceptual only. Its function can be performed through program logic operation, through dedicated logic, through program control and dedicated logic interaction, or even manually, the particular technique being selectable by the implementer, as more specifically understood. of context.

Nas reivindicações do presente relatório, qualquer elemento expresso como um meio para realizar uma função especificada se destina a incorporar qualquer meio de realizar aquela função incluindo, por exemplo, a) uma combinação de elementos de circuitos que realiza aquela função ou b) software em qualquer formato, incluindo, portanto, firmware, microcódigo ou semelhante, combinados com o conjunto de circuitos adequado para executar aquele software a fim de realizar a função. A invenção, como definida pelas reivindicações, reside no fato de que as funcionalidades proporcionadas pelos vários meios relatados são combinadas e reunidas da maneira que requerem as reivindicações. 0 requerente considera assim quaisquer meios que possam proporcionar estas funcionalidades como equivalentes daqueles mostrados aqui.In the claims of this report, any element expressed as a means of performing a specified function is intended to incorporate any means of performing that function including, for example, a) a combination of circuit elements that performs that function or b) software in any format, including, therefore, firmware, microcode, or the like, combined with the appropriate circuitry to execute that software to perform the function. The invention as defined by the claims resides in the fact that the functionalities provided by the various reported means are combined and brought together in the manner that the claims require. The applicant thus considers any means which may provide these features as equivalent to those shown herein.

Antes de descrever a invenção, é necessário entender de modo geral o ambiente no qual a invenção opera, ou seja, sistemas de multiplexação por divisão de freqüência ortogonal (OFDM).Before describing the invention, it is necessary to understand in general the environment in which the invention operates, ie Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM) systems.

Os sistemas de multiplexação por divisão de freqüência ortogonal (OFDM) empregam tons ortogonais dentro de uma largura de banda de freqüência para transmitir dados de diferentes usuários ao mesmo tempo. Em particular, para qualquer periodo especificado de símbolo T que esteja disponível para transmissão de símbolo, e uma determinada largura de banda W, o número de tons ortogonais disponíveis N é dado por WT. De acordo com um aspecto da invenção, a mesma largura de banda W é reutilizada em cada célula. 0 espaçamento entre os tons ortogonais é Δ, que é dado por I/T. Em adição ao período de símbolo T que está disponível para transmissão de símbolo, um tempo adicional Tc é necessário para transmissão de um prefixo cíclico, que é acrescentado ao começo de cada período de símbolo e é usado para compensar a dispersão introduzida pela resposta de canal e o filtro de modelagem de pulso usado no transmissor. Desta forma, embora um período total de T+Tc seja empregado, somente T está disponível para transmissão de dados do usuário. A Figura 1 mostra um exemplo dos tons ortogonais disponíveis em uma célula com um espaçamento de Δ dentro de uma largura de banda W. A Figura 2 mostra uma vista do domínio de tempo do período de símbolo T, que está disponível para transmissão de símbolo, e o tempo adicional Tc necessário para transmissão do prefixo cíclico. Observem que, dentro de cada período de símbolo T, dados podem ser enviados em cada um dos tons substancialmente e simultaneamente. Também, a última parte do período de símbolo de dados T é empregada com freqüência como o prefixo cíclico da maneira mostrada na Figura 2 . A Figura 3 mostra um diagrama de blocos de um transmissor OFDM 301 exemplar. Em virtude do seu alto nível, se ou não o diagrama da Figura 3 descreve um transmissor OFDM da técnica anterior ou um OFDM de acordo com os princípios da invenção, depende da implementação em particular dos vários componentes da Figura 3. Também, o transmissor OFDM 301 pode ser usado em uma estação base como um transmissor de enlace descendente ou em uma estação móvel como um transmissor de enlace ascendente. As modalidades particulares necessárias para qualquer das aplicações serão descritas com mais detalhes abaixo. O transmissor OFDM 301 inclui a) codificador 303, b) aplicador de dados para tom 305, c) unidade de designação de tom 307, e d) somador de prefixo cíclico 309. O codificador 303 recebe um fluxo total de informação para transmissão a partir de uma fonte e o codifica de acordo com um esquema especial de codificação. Este fluxo de informação inclui normalmente fluxos de informação gerados para mais de um usuário se o transmissor OFDM 301 estiver sendo usado em uma estação base e somente inclui fluxos de informação para um usuário se o transmissor OFDM 301 estiver sendo usado em uma estação móvel. 0 esquema de codificação empregado pode variar se a informação que estiver sendo transmitida em um determinado fluxo de informação for voz ou dados. Aqueles com habilidade comum na técnica serão capazes de 1) selecionar, por exemplo, a codificação de bloco ou convolucional tradicional, ou 2) desenvolver esquemas adequados de codificação como uma função do modelo do ambiente de interferência no qual o sistema OFDM estiver sendo empregado. O aplicador de dados para tom 305 modula todo o fluxo de informação codificado fornecido como saída do codificador 303 para os vários tons disponíveis. Para cada fluxo de informação codificado particular dentro do fluxo de informação codificado total, pelo menos um tom é designado pela unidade de designação de tom 307 e, este tom é usado para modular o fluxo de informação em particular recebido do codificador 303.Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM) systems employ orthogonal tones within a frequency bandwidth to transmit data from different users at the same time. In particular, for any specified period of symbol T that is available for symbol transmission, and a given bandwidth W, the number of available orthogonal tones N is given by WT. According to one aspect of the invention, the same bandwidth W is reused in each cell. The spacing between orthogonal tones is Δ, which is given by I / T. In addition to the symbol period T which is available for symbol transmission, an additional time Tc is required for transmission of a cyclic prefix, which is added at the beginning of each symbol period and is used to compensate for the scatter introduced by the channel response. and the pulse shaping filter used on the transmitter. Thus, although a total period of T + Tc is employed, only T is available for user data transmission. Figure 1 shows an example of the orthogonal tones available in a cell with a spacing of Δ within a W bandwidth. Figure 2 shows a time domain view of the symbol period T, which is available for symbol transmission, and the additional time Tc required for cyclic prefix transmission. Note that within each T symbol period, data can be sent in each tone substantially and simultaneously. Also, the last part of the data symbol period T is often employed as the cyclic prefix as shown in Figure 2. Figure 3 shows a block diagram of an exemplary OFDM transmitter 301. By virtue of its high level, whether or not the diagram in Figure 3 depicts a prior art OFDM transmitter or an OFDM according to the principles of the invention depends on the particular implementation of the various components of Figure 3. Also, the OFDM transmitter 301 may be used on a base station as a downlink transmitter or on a mobile station as a downlink transmitter. Particular embodiments required for any of the applications will be described in more detail below. OFDM transmitter 301 includes a) encoder 303, b) tone data applicator 305, c) tone assignment unit 307, and d) cyclic prefix adder 309. Encoder 303 receives a full stream of information for transmission from a source and encode it according to a special coding scheme. This information flow typically includes information flows generated for more than one user if the OFDM 301 transmitter is being used on a base station and only includes information flows for a user if the OFDM 301 transmitter is being used on a mobile station. The coding scheme employed may vary if the information being transmitted in a given information stream is voice or data. Those of ordinary skill in the art will be able to 1) select, for example, traditional block or convolutional coding, or 2) develop suitable coding schemes as a function of the interference environment model in which the OFDM system is being employed. Tone data applicator 305 modulates the entire encoded information stream provided as output from encoder 303 to the various available tones. For each particular encoded information stream within the total encoded information stream, at least one tone is designated by the tone assignment unit 307, and this tone is used to modulate the particular information stream received from the encoder 303.

Se um determinado fluxo de informação codificado for voz, então, de acordo com um aspecto da invenção, de preferência, um único, mas apenas um número muito pequeno dos tons ortogonais é designado para o fluxo de informação codificado particular. Se um fluxo de informação codificado particular for dados então, de acordo com um aspecto da invenção, o número de tons ortogonais designados para o fluxo de informação codificado particular é uma função da taxa de dados para o usuário daquele fluxo de informação codificado particular.If a particular coded information stream is voice, then, according to one aspect of the invention, preferably a single, but only a very small number of orthogonal tones is assigned to the particular coded information stream. If a particular coded information stream is data then, according to one aspect of the invention, the number of orthogonal tones assigned to the particular coded information stream is a function of the user data rate of that particular coded information stream.

Tons são atribuídos a cada fluxo de informação codificado pela unidade de designação de tom 307, que conduz as designações para o aplicador de dados para tom 305. A designação de tom para um determinado usuário não é sempre a mesma dentro da banda disponível, mas, em vez disso, os tons designados para cada usuário são saltados no decorrer do tempo pela unidade de designação de tom 307. O somador de prefixo cíclico 309 adiciona o prefixo cíclico a cada período de símbolo como descrito acima. O prefixo cíclico é adicionado somente para os tons que estão sendo usados pelo transmissor OFDM 301. Desta forma, por exemplo, se o transmissor OFDM 301 estiver em uma estação base usando todos os tons, então o prefixo cíclico usa todos os tons ortogonais disponíveis dentro da largura de banda W. Se o transmissor OFDM 301 estiver em uma estação móvel usando apenas um dos tons, o prefixo cíclico usa apenas aquele único tom particular. De modo vantajoso, o uso do prefixo cíclico elimina a necessidade de equalização no receptor. A Figura 4 mostra um diagrama de blocos de um receptor OFDM 401 exemplar. Como na Figura 3, em virtude do seu alto nível, se ou não o diagrama da Figura 4 descreve um receptor OFDM da técnica anterior ou um OFDM de acordo com os princípios da invenção, depende da implementação em particular dos vários componentes da Figura 4. Também, como mostrado, o receptor OFDM 401 pode ser usado em uma estação base como um receptor de enlace descendente ou em uma estação móvel como um receptor de enlace ascendente. As modalidades particulares necessárias a qualquer das aplicações serão descritas com mais detalhes abaixo. O receptor OFDM 401 inclui a) um removedor de prefixo cíclico 409, b) extrator de tom para dados 405, c) unidade de designação de tom 407, e d) decodificador 403. O sinal recebido no receptor OFDM 401, por exemplo, por um arranjo de antena e amplificador, não mostrado, é fornecido ao removedor de prefixo cíclico 409. O removedor de prefixo cíclico 409 remove o prefixo cíclico de cada período total do sinal recebido. O sinal restante, com o período T, é fornecido ao extrator de tom para dados 405. 0 extrator de tom para dados 405 extrai cada fluxo de informação recebido, nos vários tons que estão sendo usados pelo receptor OFDM 401 para desenvolver um fluxo de dados total reconstruído. Os tons são designados para uso pelo receptor OFDM 401 pela unidade de designação de tom 407, que transporta as designações para o removedor de dados para tom 405. A designação de tom para um determinado usuário nem sempre é a mesma dentro da banda disponível, mas, em vez disso, os tons designados para cada usuário são saltados no decorrer do tempo pela unidade de designação de tom 407. Como conseqüência, é necessário que haja correspondência entre a unidade de designação de tom 307 do transmissor OFDM 301 e a unidade de designação de tom 407 de um receptor OFDM 401 associado. Esta correspondência é normalmente alcançada por meio de um arranjo a priori, por exemplo, no estabelecimento de uma chamada. O decodificador 403 recebe um fluxo de informação total do extrator de tom para dados de transmissão 405 e o decodifica para desenvolver um fluxo de informação de saída total. A decodificação às vezes é realizada de acordo com o inverso do esquema utilizado para codificar o fluxo de informação. Todavia, modificações podem ser feitas no esquema de decodificação para levar em consideração os efeitos de canal e outros efeitos para produzir uma saída decodificada mais confiável que simplesmente usar a inversa do esquema de codificação. Alternativamente, algoritmos específicos podem ser desenvolvidos para uso na decodificação do sinal recebido que leva em conta a resposta de canal, interferência, e outros efeitos. Este fluxo de informação total de saída, normalmente inclui fluxos de informação gerados em nome de mais de um usuário se o receptor OFDM 401 estiver sendo usado em uma estação base e inclui somente fluxos de informação para um usuário se o receptor OFDM 401 estiver sendo usado em uma estação móvel. O fluxo de saida total resultante é fornecido para um destino para processamento posterior. Por exemplo, se o fluxo de informação for de voz e o receptor OFDM 401 estiver dentro de uma estação móvel, então o fluxo de informação é fornecido para ser convertido em um sinal audível reproduzido para o usuário. Se o fluxo de informação for de voz e o receptor OFDM 401 estiver dentro de uma estação base, a informação de voz pode ser separada para transmissão para o destino final, por exemplo, através de uma rede cabeada. A Figura 5 mostra mais detalhes de uma implementação exemplar do aplicador de dados para tom 305 para uma estação base. Cada um dos multiplicadores 501 multiplica um fluxo de informação particular por uma forma de onda sinusoidal que é um dos tons ortogonais e é gerada pelo gerador de tom 503. Os sinais modulados resultantes são então somados pelo somador 505. Normalmente, o aplicador de dados para tom 305 é implementado digitalmente, por exemplo, por um processador que realiza a funcionalidade dos multiplicadores 501, do gerador de tom 503, e do somador 505 usando representações digitais dos tons ortogonais. A mesma arquitetura geral como apresentada na Figura 5 pode ser usada para implementar o aplicador de dados para tom 305 para uma estação móvel. Contudo, em vez de cobrir toda a faixa de N tons ortogonais usados dentro da célula pela estação base tendo N multiplicadores, somente o número máximo de tons ortogonais usados pela estação móvel precisa ter multiplicadores disponíveis. Uma vez que muitas estações móveis são usadas estritamente para voz, somente um multiplicador precisa ser fornecido. Todavia, desde que, como descrito em mais detalhes abaixo, as designações de tom para cada usuário são alteradas, é necessário que o gerador de tom em uma estação móvel seja capaz de gerar toda a faixa de N tons ortogonais. Além disso, se apenas um tom for usado, o somador 505 pode ser dispensado.Tones are assigned to each stream of information encoded by the tone assignment unit 307, which drives the assignments to the tone data applicator 305. The tone assignment for a particular user is not always the same within the available band, but, instead, the tones assigned to each user are skipped over time by the tone assignment unit 307. The cyclic prefix adder 309 adds the cyclic prefix to each symbol period as described above. The cyclic prefix is added only for the tones being used by the OFDM 301 transmitter. Thus, for example, if the OFDM 301 transmitter is on a base station using all tones, then the cyclic prefix uses all available orthogonal tones within. W bandwidth. If the OFDM 301 transmitter is on a mobile station using only one tone, the cyclic prefix uses only that one particular tone. Advantageously, the use of the cyclic prefix eliminates the need for equalization at the receiver. Figure 4 shows a block diagram of an exemplary OFDM receiver 401. As in Figure 3, by virtue of its high level, whether or not the diagram in Figure 4 depicts a prior art OFDM receiver or an OFDM according to the principles of the invention depends on the particular implementation of the various components of Figure 4. Also, as shown, the OFDM receiver 401 may be used at a base station as a downlink receiver or at a mobile station as a downlink receiver. Particular embodiments required for any of the applications will be described in more detail below. The OFDM receiver 401 includes a) a cyclic prefix remover 409, b) data tone puller 405, c) tone assignment unit 407, and d) decoder 403. The signal received at the OFDM receiver 401, for example, by a Antenna and amplifier arrangement, not shown, is provided to the cyclic prefix remover 409. The cyclic prefix remover 409 removes the cyclic prefix from each total period of the received signal. The remaining T-period signal is provided to the data tone puller 405. The data tone puller 405 extracts each received information stream in the various tones being used by the OFDM receiver 401 to develop a data stream. total rebuilt. The tones are designated for use by the OFDM 401 receiver by the tone designation unit 407, which carries the designations for the 405 tone data remover. The tone designation for a particular user is not always the same within the available band, but instead, the tones assigned to each user are skipped over time by the tone assignment unit 407. As a consequence, the OFDM 301 transmitter's tone assignment unit 307 and the assignment unit must be matched. tone 407 of an associated OFDM receiver 401. This correspondence is usually achieved by an a priori arrangement, for example in establishing a call. The decoder 403 receives a total information stream from the tone puller for transmission data 405 and decodes it to develop a total output information stream. Decoding is sometimes performed according to the reverse of the scheme used to encode the information flow. However, modifications can be made to the decoding scheme to account for channel effects and other effects to produce more reliable decoded output than simply using the reverse of the encoding scheme. Alternatively, specific algorithms may be developed for use in decoding the received signal that takes into account channel response, interference, and other effects. This outgoing total information stream typically includes information streams generated on behalf of more than one user if the OFDM 401 receiver is being used on a base station and includes only information streams for a user if the OFDM 401 receiver is being used. in a mobile station. The resulting total output stream is supplied to a destination for further processing. For example, if the information stream is voice and the OFDM receiver 401 is within a mobile station, then the information stream is provided to be converted to an audible signal played back to the user. If the information flow is voice and the OFDM receiver 401 is within a base station, the voice information may be separated for transmission to the final destination, for example over a wired network. Figure 5 shows more details of an exemplary implementation of tone data applicator 305 for a base station. Each of the multipliers 501 multiplies a particular information stream by a sine waveform that is one of the orthogonal tones and is generated by the tone generator 503. The resulting modulated signals are then summed by the adder 505. Typically, the data applicator for Tone 305 is digitally implemented, for example, by a processor that performs the functionality of multipliers 501, tone generator 503, and adder 505 using digital representations of orthogonal tones. The same general architecture as shown in Figure 5 can be used to implement the tone data applicator 305 for a mobile station. However, instead of covering the full range of N orthogonal tones used within the cell by the base station having N multipliers, only the maximum number of orthogonal tones used by the mobile station needs to have multipliers available. Since many mobile stations are used strictly for voice, only one multiplier needs to be provided. However, since, as described in more detail below, the tone assignments for each user are changed, the tone generator in a mobile station must be able to generate the full range of N orthogonal tones. Also, if only one tone is used, the 505 adder can be waived.

Como descrito acima, os tons designados a qualquer fluxo de informação particular são alterados periodicamente.As described above, the tones assigned to any particular information stream change periodically.

Isto é conhecido na técnica, de um modo geral, como salto de freqüência, e é referenciado aqui mais especificamente como salto de tom. De acordo com um aspecto da invenção, o padrão de salto de tom é designado para alcançar o máximo de diversidade de freqüência e para calcular a média da interferência intercelular. Isto pode ser alcançado ao usar um padrão de salto que é gerado como função de um quadrado latino mutuamente ortogonal. Vejam, por exemplo, Channel Coding Strategies for Cellular Radio, de autoria de Gregory J. Pottie e A. Robert Calderbank, publicado nas IEE Transactions on Vehicular Technology, Vol. 44, No. 4 págs. 763-770, de novembro de 1995.This is commonly known in the art as frequency hopping, and is referred to herein more specifically as tone hopping. According to one aspect of the invention, the tone jump pattern is designed to achieve maximum frequency diversity and to average intercellular interference. This can be achieved by using a jump pattern that is generated as a function of a mutually orthogonal Latin square. See, for example, Channel Coding Strategies for Cellular Radio, by Gregory J. Pottie and A. Robert Calderbank, published in IEE Transactions on Vehicular Technology, Vol. 44, No. 4 p. 763-770, November 1995.

De acordo com um aspecto da invenção, no enlace descendente, isto é, no canal da estação base para a estação móvel, os tons designados a cada usuário, por exemplo, pela unidade de designação de tom 307 (Figura 3) são alterados relativamente rápido, por exemplo, de simbolo para simbolo, isto é, o usuário salta rápido de um tom para outro. Todavia, no enlace ascendente, isto é, no canal da estação móvel para a estação base, embora o salto rápido seja possível, é ineficaz e, por isso, de preferência, o salto lento é empregado, por exemplo, pela unidade de designação de tom 307, para permitir modulação eficiente do sinal de enlace ascendente. O motivo pelo qual é desejável empregar salto rápido está em alcançar rapidamente as vantagens do recurso de médias. O salto rápido pode ser efetivamente empregado para o enlace descendente, graças à disponibilidade de um sinal piloto que é transmitido pela estação base e compartilhado por todas as estações móveis. Cada estação móvel pode usar o sinal piloto recebido para determinar as características do canal entre ele mesmo e a estação base. Uma vez conhecidas as características do canal, a estação móvel pode usar este conhecimento para realizar detecção coerente, que é uma forma desejável de detecção para sistemas OFDM, porque tem um melhor desempenho para uma determinada razão de sinal para interferência. Em particular, a detecção coerente permite demodulação precisa do sinal recebido usando somente um símbolo.According to one aspect of the invention, in the downlink, i.e., in the base station channel to the mobile station, the tones assigned to each user, for example by tone assignment unit 307 (Figure 3), change relatively quickly. for example, from symbol to symbol, that is, the user jumps quickly from one tone to another. However, in the uplink, that is, in the channel from the mobile station to the base station, although the fast jump is possible, it is ineffective and therefore preferably the slow jump is employed, for example, by the designation unit. tone 307, to allow efficient modulation of the uplink signal. The reason why it is desirable to employ fast jumping is to quickly achieve the advantages of the averaging feature. The fast jump can be effectively employed for the downlink thanks to the availability of a pilot signal that is transmitted by the base station and shared by all mobile stations. Each mobile station may use the received pilot signal to determine channel characteristics between itself and the base station. Once channel characteristics are known, the mobile station can use this knowledge to perform coherent detection, which is a desirable form of detection for OFDM systems, because it has better performance for a given signal to interference ratio. In particular, coherent detection allows precise demodulation of the received signal using only one symbol.

No enlace ascendente não há nenhum sinal piloto disponível porque cada estação móvel teria que gerar seu próprio sinal piloto, e usar um sinal piloto para cada estação móvel é oneroso, quase ao ponto de ser proibitivo, em termos de largura de banda disponível. Em conseqüência, as características de canal de enlace ascendente entre cada estação móvel e a estação base não podem ser determinadas pela estação base. Sem informação sobre as características do canal de enlace ascendente, a estação base não pode realizar detecção coerente. Em conseqüência, outras técnicas de detecção, por exemplo, demodulação diferencial ou demodulação baseada em símbolo de treinamento, são requeridos para assegurar demodulação precisa do sinal transmitido. Estas outras técnicas de detecção requerem que cada usuário permaneça no mesmo tom para vários símbolos, com os símbolos maiores para os quais o usuário permanece no mesmo tom, aumentando a eficiência do uso do canal. 0 cálculo da média da interferência intercelular é reduzido quando o salto lento é usado, porque os usuários interferidores permanecem no mesmo tom por um período mais longo de tempo. Desta maneira, leva mais tempo para dispersar os efeitos de interferência entre as estações móveis dentro de uma célula. É, portanto, necessário empregar técnicas adicionais, tal como intercalamento, para compensar pela redução no efeito da média da interferência intercelular quando o salto lento é usado no enlace ascendente.On the uplink there is no pilot signal available because each mobile station would have to generate its own pilot signal, and using a pilot signal for each mobile station is costly, almost prohibitive, in terms of available bandwidth. As a result, uplink channel characteristics between each mobile station and the base station cannot be determined by the base station. Without information about the characteristics of the uplink channel, the base station cannot perform coherent detection. As a result, other detection techniques, such as differential demodulation or training symbol-based demodulation, are required to ensure accurate demodulation of the transmitted signal. These other detection techniques require each user to stay in the same tone for multiple symbols, with the larger symbols for which the user remains in the same tone, increasing channel efficiency. The average of intercellular interference is reduced when slow jumping is used because interfering users stay in the same tone for a longer period of time. This way, it takes longer to disperse the interference effects between mobile stations within a cell. It is therefore necessary to employ additional techniques such as interleaving to compensate for the reduction in the mean effect of intercellular interference when slow jump is used on the uplink.

Mais especificamente, como mostrado na Figura 6, a unidade de intercalação 601 pode ser incorporada no transmissor OFDM 301 entre o codificador 303 e o aplicador de dados para tom 305. A função da unidade de intercalação 601 é intercalar os simbolos que devem ser aplicados pelo aplicador de dados para tom 305 a um usuário, por exemplo, para um determinado tom se o usuário for um usuário de voz empregando somente um dos tons ortogonais. Desta maneira, em vez de todos os simbolos gerados pelo codificador 303 serem transmitidos sequencialmente, eles são transmitidos fora de ordem de uma maneira que, de preferência, provavelmente facilita a correção de erros pelo receptor, caso alguns dos simbolos não sejam recebidos corretamente devido à interferência. Observem que o padrão de intercalamento para cada usuário, ou para grupos de usuários, pode ser diferente. Por exemplo, pode ser desejável usar um primeiro padrão de intercalamento para usuários de voz, que podem tolerar menos retardo, mas, algum erro no sinal, e um segundo padrão de intercalamento para usuários de dados que possam tolerar um retardo maior, porém menos erro.More specifically, as shown in Figure 6, interleaving unit 601 can be incorporated into OFDM transmitter 301 between encoder 303 and tone data applicator 305. The function of interleaving unit 601 is to interleave the symbols to be applied by the tone data applicator 305 to a user, for example for a particular tone if the user is a voice user employing only one of the orthogonal tones. Thus, instead of all symbols generated by encoder 303 being transmitted sequentially, they are transmitted out of order in a manner that preferably probably facilitates error correction by the receiver if some of the symbols are not received correctly due to interference. Note that the interleaving pattern for each user, or for user groups, may differ. For example, it may be desirable to use a first interleaving pattern for voice users who can tolerate less delay, but some signal error, and a second interleaving pattern for data users who can tolerate longer but less error. .

Em adição, o intercalamento pode ser realizado entre os fluxos de informação designados aos vários tons de um único usuário.In addition, interleaving can be performed between information streams assigned to the various tones of a single user.

Da mesma forma, como apresentado na Figura 7, a unidade de deintercalamento 701 é incorporada no receptor OFDM 401 entre o extrator de tom para dados 405 e o decodificador 403. A unidade de deintercalamento 701 reverte o processo de intercalamento realizado pela unidade de intercalamento 601 no fluxo de informação de um usuário, a fim de restaurar um fluxo de informação não intercalado.Likewise, as shown in Figure 7, deinterleaving unit 701 is incorporated into OFDM receiver 401 between data tone puller 405 and decoder 403. Deinterleaving unit 701 reverses the interleaving process performed by interleaving unit 601 in a user's information stream in order to restore an uninterleaved information stream.

Claims

1. Method for operating a cellular orthogonal frequency division multiplexing (OFDM) -based scatter spectrum multiple access wireless system, the method comprising the steps of: allocating a very small number of orthogonal tones for use by each communicating user information at a low bit rate; skip allocated tones across an available spectrum over time; The method is CHARACTERIZED by the fact that, on a system downlink, the allocated tones are skipped quickly, and on an upstream system, the allocated tones are skipped slowly.

Method according to claim 1, characterized in that the very small number of orthogonal tones is one.

Method according to claim 1, characterized in that the information to be transmitted at a low bit rate by each user is voice.

Method according to Claim 1, characterized in that the allocated tones are skipped using a pattern that is a function of a mutually orthogonal Latin square.

A method according to claim 1, characterized in that it also comprises the step of allocating a number of orthogonal tones greater than the number too small for each user communicating information at a higher bit rate.

Method according to claim 5, characterized in that the information to be transmitted at a higher bit rate by each user is data.

A method according to claim 5, characterized in that the skipping step also comprises skipping the allocated tones for each user communicating information at a higher bit rate along with the allocated tones for use in communicating the information. at a low bitrate.

A method according to claim 6, wherein the power control is performed downlink to the data such that the number of symbols transmitted per tone to data is a function of the power allocated by tone and downlink channel attenuation.

A method according to claim 6, wherein the power control is performed on the data uplink so that the number of symbols transmitted per tone to data is a function of the power allocated by tone and uplink channel attenuation.

Equipment for operating a cellular orthogonal frequency division multiplexing (OFDM) -based scatter spectrum multiple access wireless system, comprising: mechanisms (307) for allocating a very small number of orthogonal tones for use in communicating information at a low bit rate; and mechanisms (307) for skipping allocated tones across an available spectrum over time; The equipment is CHARACTERIZED by the fact that, on a system downlink, the allocated tones are skipped quickly and, on an upstream system link, the allocated tones are skipped slowly.

Equipment according to claim 10, characterized by the fact that the very small number of orthogonal tones is one.

Equipment according to claim 10, characterized in that the information to be transmitted at a low bit rate by each user is voice.

13. Processor for use in a cellular Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM) based scatter spectrum multiple access wireless system, where the processor: allocates a very small number of orthogonal tones for use by each user communicating information at a low bit rate; skips allocated tones across an available spectrum over time; CHARACTERIZED BY the fact that, on a system downlink, allocated tones are skipped quickly and, on an upstream system link, allocated tones are skipped slowly.

Processor according to claim 13, characterized in that the very small number of orthogonal tones is one.

Processor according to claim 13, characterized in that the information to be transmitted at a low bit rate by each user is voice.