■MÉTODO PARA OPERAR UM EQUIPAMENTO MÓVEL EM UMA REDE SEM FIO E SISTEMA DE COMUNICAÇÃO SEM FIO*'* Campo da Invenção Esta invenção em geral relaciona a um equipamento móvel, tal como telefones de rádio, telefones celulares e comunicadores pessoais, também em geral conhecidos como terminais sem fios e como estações móveis, e. mais particularmente, para métodos e aparelhos para prover os serviços de pacote de dados para o equipamento móvel.
Descrição da Técnica Anterior Os sistemas modernos de telecomunicações sem fios estão evoluindo para prover serviços de pacote de dados a altas velocidades, para os usuários do equipamento móvel. Um exemplo é a habilidade para prover o acesso à internet para o usuário do equipamento móvel. Um sistema sem fio que está evoluindo rapidamente nesta direção é o sistema de Acesso Múltiplo por Divisão de Tempo (TDMA), conhecido como o Sistema Global para Comunicação Móvel (GSM), e em particular as versões aperfeiçoadas do GSM conhecidas como GSM+ e EGPRS ( Serviços Gerais de Pacote de Rádio).
Como pode ser visto, uma consideração importante, é desejada para prover comunicações de dados a altas velocidades em um sistema sem fio. que são os vários prejuízos no cantinho do sinal de rádio que podem ocorrer, tal como a atenuação e o ruído. Se não corretamente considerada, a presença destes prejuízos pode resultar na ocorrência de taxas de erro de transmissão/recepção inaceitáveis ou censuráveis.
Mais parti cu larmente, para o EGPRS foi proposto recente mente que as medidas de qualidade do enlace, isto é uma Probabilidade de Erro de Bit (PEB) e de um coeficiente de variação (cv) (PEB), deveríam ser filtrados individualmente para uma sucessão de dados medidos no EM antes de ser reportado no enlace ascendente para a rede sem fio (ETSl SMG2 Tdoc 1048/99: “Filtragem e Medidas de Controle de Qualidade do Enlace”, Ericsson, de 20 a 24 de setembro de 1999, Bordeaux, França). Neste documento foi proposto usar uma operação de cálculo da média do filtro exponencial que é caracterizado pelo fato de que seu “fator de omissão'' (ou o período de cálculo da média) sendo radiodifusado para todos os EMs na célula de serviço, igual ao Serviço Geral de Rádio Pacote (GPRS). O fator de omissão foi proposto para ser radiodifundido usando o Canal de Controle de Radiodifusão de Pacote (CCRP) preexistente, se disponível, caso contrário um Canal de Controle de Radiodifusão (CCR) seria usado. Na essência, esta aproximação proveria um fator de omissão baseado em célula.
Subseqüentemente, foi proposto em um documento de Sessão de trabalho ETSI SMG2 no Tdoc 2E99-501 EDGEtfll: "Filtragem de Medidas LQC EGPRS", Nokia, 18 a 22 de outubro de 1999, Austin, TX, E.U.A., para substituir o fator de omissão acima mencionado por um que segue a definição do GPRS. Foi apontado que o filtro proposto no Tdoc 1048/99 ETSI SMG2 não era estável quando o número de dados filtrados fosse abaixo do denominado comprimento do filtro. Para contrariar a instabilidade do filtro, o fator de omissão baseado no GPRS foi proposto para ser usado.
Esta aproximação pode ser referenciada como uma aproximação baseada em célula não fixa, sendo similar ao que é encontrado no GSM 05.08 v. 6.3.0, seção 10.2.3.2 (Relatório de Qualidade de Derivação do Canal). Nesta aproximação, quando o número de dados medidos no EM for menor que o comprimento do filtro, o fator de omissão é ajustado progressivamente para minimizar a não-estabilidade do filtro. Também foi proposto radiodifundir um parâmetro no CCRP, se disponível, caso contrário no CCR, que é usado pelo EM na célula de serviço para calcular o parâmetro do filtro, em combinação com a quantidade de dados medido seguros pelo EM. Contudo, todo EM possui uma quantidade suficiente de dados medidos (excedendo o comprimento do filtro) usará o mesmo parâmetro do filtro.
As Figs.l e 2 são retiradas da Sessão de Trabalho do ETSI SMG2 no documento Tdoc 2E99-501 EDGE#11, e são gráficos que descrevem os coeficientes de carga usando os vários fatores de omissão propostos. Para um amplo fator de omissão (por exemplo, a = 0.9) o relatório das medidas feito pelo EM é dominado pelos últimos dados medidos, considerando que ao usar um fator de omissão pequeno, os resultados filtrados relacionam ao invés um grande número de dados medidos passados. Por exemplo, para o caso de a = 0.3, os resultados filtrados correspondem a mais de 100 blocos de medida passados (aproximadamente dois segundos de dados medidos).
Foi observado que, na Sessão de Trabalho ETSI SMG2 no documento Tdoc 2Ε99-501 EDGE #11 dentro de uma célula, vários EMs podem experimentar diferentes condições/atenuações de canal (atenuação lenta, atenuação rápida,etc.). Como resultado, a viabilidade de um filtro com um fator de omissão baseado em célula (fixo ou não-fixo) foi questionado. Embora não especificamente endereçado neste documento, foi também observado que seria de interesse estudar mais adiante se uma solução que usa um fator de omissão baseado em célula fixo (ou como o GPRS) poderia, opcionalmente, ser substituído por um melhor.
Em resumo, os sistemas atualmente empregados ou propostos usam um filtro baseado em célula fixo/não-fixo para cada equipamento móvel (EM) na célula de serviço. Contudo, estas soluções são razoáveis para todos os EMs, que podem estar presentes dentro da célula. Quer dizer, eles são no máximo um acordo, como é bem conhecido que os EMs diferentes dentro da mesma célula encontrarão diferentes condições de canal e efeitos de atenuação, pelo menos alguns dos quais pode ser unido diretamente à velocidade dos EMs. Como é muito improvável que todo o EMs dentro de uma determinada célula de serviço estará movendo com a mesma velocidade, qualquer filtro baseado em célula faz tal suposição ser limite para fornecer resultados razoáveis.
Objetos e Vantagens da Invenção É o primeiro objeto e vantagem desta invenção fornecer um procedimento de filtragem melhorado que supera os problemas precedentes e outros problemas. E também objeto e vantagem desta invenção prover uma técnica de filtragem baseada no equipamento móvel, como oposto à técnica de filtragem baseado em célula fixa ou não-fixa. É também outro objeto e vantagem desta invenção prover uma técnica de filtragem baseada no equipamento móvel para uso em um sistema de rádio de pacote de dados que leva em conta uma indicação de como a interferência experimentada pelo equipamento móvel está alterando, tal como a velocidade do equipamento móvel, provendo uma filtragem melhor dos dados medidos antes dos dados medidos filtrados serem informados à rede sem fio.
Resumo da Invenção Os problemas precedentes e os outros são superados e os objetos da invenção são realizados pelos métodos e pelo aparelho conforme as incorporações desta invenção. O método é descrito para operar um equipamento móvel (EM) em uma rede sem fio, o método possui os passos de (A) determinar um parâmetro que é indicativo de um sinal de qualidade experimentado pelo EM, tal como pela determinação da velocidade do EM; (B) calcular no EM uma indicação de qualidade do enlace, o cálculo empregando uma operação de filtragem possuindo um comprimento de filtro que é uma função do parâmetro determinado, tal como a velocidade ou uma derivada da velocidade do EM; e (C) relatar a indicação calculada da qualidade do enlace à rede sem fio. O comprimento do filtro determina quantos dados são filtrados. O passo de determinar inclui os passos de (a) derivar uma indicação da velocidade do EM na rede sem fio; e (b) transmitir uma indicação de velocidade para o EM usando uma mensagem ponto-a-ponto. Em uma incorporação preferida, o passo de transmitir coloca a indicação de velocidade do EM nos bits de enchimento da mensagem ponto-a-ponto, tal como uma enviada em um Canal de Controle de Pacote Associado(CCPA). Na incorporação principal o passo de transmitir usa uma pluralidade de bits colocados nos bits de enchimento de uma mensagem de Identificação do Sistema de Pacote 13 (ISP13) enviada no Canal de Controle de Pacote Associado (CCPA). Uma pluralidade de bits (por exemplo, quatro bits) é usada para codificar uma pluralidade de sub-taxas de velocidade (por exemplo, 16 sub-taxas) de uma taxa de velocidade do EM predeterminado (por exemplo, 0 km/h a 250km/h).
Em uma incorporação preferida desta invenção, a indicação de velocidade do EM é usada para modificar o fator de omissão "a" que é calculado no EM do parâmetro de informação recebido em uma mensagem de radiodifusão da rede sem fio, ou substituir o fator de omissão recebido. O fator de omissão, na incorporação preferida, influencia diretamente o comprimento do filtro (por exemplo, a operação de cálculo da média do filtro) que opera nos dados medidos no enlace de qualidade. Em uma incorporação exemplar, a operação de cálculo da média do filtro opera em uma sucessão de medidas do enlace de qualidade, tal como a Probabilidade de Erro de Bit ou um coeficiente de variação da Probabilidade de Erro de Bit (cv) (PEB). Em outras incorporações desta invenção, o comprimento do filtro poderia ser ajustado diretamente, ou podería ser alterado usando algum parâmetro diferente do fator de omissão “a”.
Breve Descrição dos Desenhos O conjunto acima e as outras características da invenção, se tornam mais aparentes com a Descrição Detalhada da Invenção quando lida em conjunto com os Desenhos apensos, nos quais: Figs.l e 2 - são gráficos que descrevem os coeficientes de carga usando vários fatores de omissão;
Fig.3 - é um diagrama em blocos de um equipamento móvel localizado dentro de uma célula de uma rede sem fio que é adequado à prática desta invenção; e Fig.4 - ilustra um fluxograma lógico do método de acordo com as técnicas desta invenção.
Descrição Detalhada da Invenção Esta invenção expande com a avaliação dos inventores que o EM em um ambiente urbano típico move a uma velocidade de 3km/h, e experimentarão provavelmente um efeito de atenuação diferente do que um EM que move a uma velocidade de 50km/h, enquanto o EM estático (parado) experimentará algumas das condições do canal estável que não são experimentados pelo movimento do EM. Baseado neste conhecimento, os inventores proveram uma melhor solução para o problema de filtragem dos dados medidos incorporando a velocidade do EM nos cálculos do filtro. Mais especificamente, para um EM particular movendo com a primeira, a velocidade inferior os dados medidos são filtrados preferivelmente sob um período mais longo de tempo (isto é, o fator de omissão é feito menor) do que para um EM movendo a uma segunda, velocidade mais alta, onde as condições do canal são menos estáveis, e onde os dados medidos são filtrados preferivelmente sob um intervalo mais curto de tempo (isto é, o fator de omissão é feito maior). Para aperfeiçoar o processo de filtragem baseado no EM, os inventores então proveram uma técnica, onde a velocidade do EM é levada em conta ao definir o parâmetro do filtro (neste caso o fator de omissão). Em geral, o resultado é para alterar o comprimento do filtro, e o fator de omissão “a” é, neste caso, os meios pelos quais o comprimento do filtro é alterado. Em outras incorporações, o comprimento do filtro podería ser ajustado diretamente, ou este podería ser alterado usando algum parâmetro diferente do fator de omissão “a”.
Esta técnica aperfeiçoada de filtragem supera os problemas que resultam quando um fator de filtragem é usado para todos os EMs dentro da célula de serviço, sem considerar quaisquer diferenças de velocidade entre diferentes EMs, e, conseqüentemente, sem considerar qualquer condição de canal diferente experimentada pelo EMs.
Deveria ser observado no início, contudo, que as técnicas desta invenção não estão restritas ao uso apenas da velocidade do EM, como um ou mais parâmetros são indicativos da qualidade do sinal, e são experimentados pelo EM 10 podendo ser empregados também. Através de exemplo, toda a qualidade do sinal experimentada pelo EM 10 pode ser influenciada pela a velocidade do EM 10, a perda de caminho, a dispersão de múltiplas trajetórias, a distorção do sinal devido às degradações do transmissor e do receptor, e/ou interferência. O uso da velocidade do EM é atualmente preferida, como pode prontamente ser determinado ou calculado, e correlata bem com as alterações na qualidade de sinal que são experimentados pelo EM 10. O uso da velocidade do EM não deve, porém ser interpretado como uma limitação à prática desta invenção, derivando o parâmetro de filtragem de interesse e para uso pelo EM, estabelecendo um comprimento do filtro para filtrar uma sucessão de dados medidos antes de informar os dados medidos no enlace ascendente da rede sem fio.
Referenciando primeiramente à Fig.3, é apresentado um diagrama em blocos simplificado de um equipamento móvel (EM) 10 localizado dentro de uma célula da rede sem fio 12. O EM 10 e a rede sem fio 12 são adequadas, mas não limitam, as práticas das incorporações desta invenção. O EM 10 inclui um controlador 14, como uma combinação de um microprocessador e um processador de sinal digital (PSD), que é usado para controlar toda a operação do EM 10 e para processar os sinais antes da transmissão e subseqüente da recepção. Para os propósitos desta invenção é assumido que o controlador 14 é programado adequadamente para obter os dados medidos solicitados, e para executar as operações de filtragem dos dados medidos como descrito em maiores detalhes abaixo. A memória 16 é bi-direcionalmente acoplada ao controlador 14, e armazena, entre outras coisas, os resultados das medidas passadas ou dados 16A, como também, na incorporação preferida, um parâmetro de velocidade do EM (VELOCIDADE EM) 16B que é recebido da rede sem fio 12, de acordo com o aspecto desta invenção. Os dados medidos filtrados são relatados à rede sem fio 12 pelo transmissor 18A e pela antena 20 de um transceptor sem fio 18, e o parâmetro de VELOCIDADE EM é recebido pela antena 20 e o receptor 18B do transceptor 18. Os pacotes de dados e outros dados, tal como os dados de voz (se o EM 10 inclui capacidade de voz) e os dados de sinalização também passam através do transceptor 18. A rede sem fio 12 inclui ao menos uma estação base transceptora (EBT) 22 possuindo uma antena 24. A antena 24 pode definir o centro de uma célula de serviço dentro da qual o EM 10 é assumido para estar localizado, embora as antenas EBT direcionais possam ser empregadas também. Em um sistema GSM, a célula de serviço pode ter um raio de até, por exemplo, 35km. Acoplado a EBT 22 está um controlador da estação base (CEB) 26, que é acoplado ao centro de comutação móvel (CCM) 28 ou a alguma outra interface adequada para troncos de linha terrestre, tal como a rede de telefonia comutada pública (RTCP) e/ou um ou mais redes de pacote de dados 30. A rede de pacote de dados 30 pode incluir a internet, e pode operar com protocolos TCP/IP. Outros tipos de redes de pacote de dados, tal como a intranet, pode também ser fornecida.
Para os propósitos desta invenção é assumido que alguns dos componentes da rede sem fio 12, tal como o processador de dados do CEB 26, é capaz de calcular a velocidade do EM 10, e relatar a velocidade calculada usando o parâmetro VELOCIDADE_EM. A velocidade do EM pode ser calculada usando qualquer técnica adequada ou uma combinação de técnicas, tal como pela determinação do desvio da freqüência Doppler do sinal da portadora de RF transmitida pelo EM 10, e então correlacionar a freqüência Doppler com a velocidade do EM 10. Está também dentro do escopo desta invenção que o EM 10 determine a sua própria velocidade, embora isto requeira um processamento adicional do EM.
Deveria ser observado que uma indicação da velocidade do EM 10 pode ser usado também para outros propósitos outros que a filtragem tal como, por exemplo, para re-seleção da célula baseada em rede. Neste caso a rede saberá a velocidade do EM 10. Como tal, enquanto o EM 10 puder ser capaz de determinar sua própria velocidade, e usar a indicação de velocidade determinada por si mesmo, para processar a informação relacionada à filtragem como descrito aqui, é preferível que a rede sem fio 12 determine a velocidade do EM, e depois disso informe ao EM 10 da velocidade determinada do EM. Este também tem a vantagem de que a rede 12 tem o conhecimento exato de como as medidas são processadas. A memória 16 também armazena os dados que representam o filtro 16C usados pelo EM 10 ao filtrar os dados medidos. A operação genérica do cálculo da média do filtro é proposta para ser usado e pode ser expresso como a seguir: Yn = âCn + (1 — a) Yn-1, com Co = 0, ou como n Yn = al(l -a)"'^! i =1 com Co = 0 onde Cn são os dados medidos em um intervalo de tempo n no EM 10 (isto é, (PEB) ou cv (PEB)); Yn indica os dados medidos filtrados (atualmente o somatório das cargas dos dados medidos passados), e “a” é o fator de omissão. Como foi observado acima, para um valor grande de “a” o relatório dos dados medidos filtrados Yn é dominado pelos últimos dados medidos, considerando que um valor pequeno de “a”, Yn é ao contrário relacionado a um maior número de dados medidos passados. Pode ser observado que o filtro 16C funciona como uma média ponderada dos dados medidos. Deveria ser observado que ae [0; 1], De acordo com o método desta invenção, e também referenciando à Fig.4, o Passo A é determinado, tal como pelo CEB 26, o valor do parâmetro indicativo de toda a qualidade de sinal experimentada pelo EM 10. Como foi indicado, anteriormente, toda a qualidade de sinal experimentada pelo EM 10 pode ser afetada por, por exemplo, pela perda de caminho, pela dispersão de múltiplas trajetórias, a velocidade do EM 10, a distorção do sinal devido a degradação do transmissor e do receptor, e/ou da interferência. Em uma incorporação preferida este parâmetro é a velocidade do EM 10, contudo o uso da velocidade não é uma limitação na prática desta invenção. No Passo B a velocidade do EM, ou derivado da velocidade do EM, é informado ao EM 10 usando, preferivelmente, uma mensagem de sinalização ponto-a-ponto, ao invés de uma mensagem de sinalização do tipo da radiodifusão (por exemplo, uma enviada no CCRP). Um tipo de mensagem adequado é o Canal de Controle de Pacote Associado (CCPA), que é endereçado a um EM 10 específico, no modo de transferência de pacote. A velocidade é reportada para o EM 10 usando o parâmetro VELOCIDADE_EM.
Preferivelmente, para alcançar uma compatibilidade retroativa com as populações existentes de EM 10 que possa não usar o parâmetro VELOCIDADE_EM, o parâmetro VELOCIDADEEM pode ser inserido em um elemento de informação, Informação do Sistema de Pacote (ISP 13) enviada no CCPA, onde diferentes parâmetros, por exemplo, usados para medidas no GPRS, também são enviados. A estrutura atual do ISP 13 pode ser encontrada no GSM 4.60. Definidos aqui são os elementos de informação para descrever, quando o CCRP está presente na célula, os dois elementos são como a seguir: <ISP l_REPETIR_PERÍODO: bit (4)> < Descrição CCRP: < Estrutura da Descrição CCRP> >
Estes elementos são seguidos por <bits de enchimento >. É preferível colocar o parâmetro VELOCIDADE EM no < bits de enchimento > para alcançar uma compatibilidade retroativa, como o EM 10 não usa o parâmetro VELOCIDADE EM este ignorará os bits de enchimento (eles podem ser todos fixados em zero), considerando que habilitada a VELOCIDADE EM, o EM será programado para analisar gramaticalmente estes bits de enchimento para localizar o parâmetro VELOCIDADE_EM esperado. É preferível usar quatro bits para representar o parâmetro VELOCIDADE EM, habilitando 16 valores diferentes da VELOCIDADE EM a ser transmitida. Mais ou menos quatro bits podem ser usados, dependendo da resolução desejada da velocidade do EM como também na precisão da determinação do parâmetro VELOCIDADE EM. Atualmente preferido, mas não limitativo, a taxa de velocidade é de Okm/h a 250km/h. O uso de quatro bits divide esta taxa de velocidade em 16 sub-taxas. A rede sem fio 12 pode enviar as atualizações VELOCIDADE_EM como solicitado simplesmente programando uma nova mensagem para ser enviada no CCPA.
No Passo C da Fig.4, na recepção de um parâmetro VELOCIDADE EM, o controlador EM 14 pode ajustar o valor do parâmetro de omissão “a”. Por exemplo, um valor default “a” que foi calculado no EM 10, baseado no parâmetro que foi recebido em uma mensagem de radiodifusão podem ser aperfeiçoadas, tal como pela carga ou ajuste do valor default “a” ascendente ou descendente como uma função do valor da VELOCIDADEEM. Em geral, um valor maior de “a” faz com que Yn seja dominado pelos últimos dados medidos a velocidades mais altas (um comprimento de filtro reduzido), considerando que um valor menor de “a” faz com que Yn ao invés de refletir um número maior de dados medidos passados a velocidade mais baixa (um comprimento de filtro aumentado). Alternativamente, o valor de “a” pode ser computado como uma função de VELOCIDADE_EM, e o valor default do parâmetro usado para calcular “a”, recebido na mensagem de radiodifusão, possa ser ignorado. Quando um novo valor da VELOCIDADE_EM for recebido (isto é, um que difere do último valor VELOCIDADE EM recebido), o EM 10 pode ajustar previamente um valor calculado de Yn com o fator de omissão “a” revisado, ou o valor previamente calculado pode ser ignorado e Yn re-calculado usando o fator de omissão “a” revisado. O EM 10 então calcula os resultados medidos filtrados usando, por exemplo, a expressão determinada acima, em conjunção com o fator de omissão “a” modificado ou substituído.
No Passo D o EM 10 reporta o valor calculado (mais preciso) de Yn para a rede sem fio 12 para uso nas rotinas de pacote de dados executadas pela rede sem fio.
Deveria ser observado que este procedimento é opcional e é complementar às aproximações de radiodifusão em que o valor do parâmetro a ser usado no cálculo do fator de omissão “a” é transmitido para todos os EM 10 na célula de serviço. Quer dizer, nenhuma solicitação necessária será imposta nas redes sem fio, onde eles determinam o valor da VELOCIDADE EM para EMs diferentes e então transmite o valor específico do EMs.
Na realidade, as técnicas desta invenção podem ser usadas em pelo menos dois modos diferentes. Primeiro, o valor recebido da VELOCIDADE_EM pode ser usado pelo EM 10 para corrigir ou refinar o valor de “a” que é calculado usando um parâmetro genérico de radiodifusão. Alternativamente, o parâmetro de radiodifusão usado para calcular o valor de “a” pode simplesmente ser descartado, e o valor VELOCIDADE EM usado na computação de um valor atual do fator de omissão “a”.
Deveria ser observado que a sinalização descrita no contexto desta invenção pode ser implementado no sistema GPRS, como também no sistema EGPRS, exatamente da mesma forma.
Deveria novamente ser observado que outros usam o parâmetro VELOCIDADE_EM que pode existir no EM 10, tal como para controlar a potência e os propósitos de transferência. Em adição, o método de filtragem otimizado baseado no EM para as medidas de qualidade do enlace (QL) do canal pode possivelmente através da técnica desta invenção ser usada para vários propósitos no EGPRS em tempo real, tal como para mapear alguma determinada qualidade de serviço (QoS) para alguma modulação ou esquema de codificação (por exemplo, para voz, vídeo streaming, etc.) Enquanto descrito acima no contexto de números específicos de bits, as taxas de velocidade específicas, os formatos de mensagem específica e similar, deveria ser percebido que estes são exemplos das incorporações preferidas desta invenção, e não são pretendidos para serem lidos ou interpretados como limitando a prática desta invenção. Em geral, as técnicas desta invenção podem ser aplicadas para revisar ou refinar qualquer determinação baseada no EM do enlace de qualidade (não necessariamente um usando (PEB) ou cv (PEB)) pela consideração da velocidade do EM 10 dentro da célula de serviço, e/ou pela consideração de algum outro fator influenciando a qualidade do sinal EM.
Então, enquanto a invenção foi particularmente apresentada e descrita com relação às incorporações preferidas destas, será entendido pelo técnico no assunto que alterações na forma e nos detalhes poderão ser feitos sem sair do escopo e espírito da invenção.