BR9910499B1 - Estrutura de quadro de uma solicitação de acesso randômico, sistema e processo para uso e processo para uso na detecção de uma solicitação de acesso randômico tendo uma tal estrutura de quadro, e sistema de comunicações móveis - Google Patents

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"ESTRUTURA DE QUADRO DE UMA SOLICITAÇÃO DE ACESSO

RANDÔMICO, SISTEMA E PROCESSO PARA USO NA DETECÇÃO DE

UMA SOLICITAÇÃO DE ACESSO RANDÔMICO TENDO UMA TAL

ESTRUTURA DE QUADRO, E SISTEMA DE COMUNICAÇÕES MÓVEIS" FUNDAMENTOS DA INVENÇÃO

Campo Técnico da Invenção A presente invenção refere-se em geral ao campo das telecomunicações móveis e, em particular, a um processo e sistema de processamento de múltiplas chamadas de acesso randômico em um sistema de Acesso Múltiplo por Divisão de Código (CDMA) ou sistema CDMA de banda larga (WCDMA).

Descrição da Técnica Relacionada Para a próxima geração de sistemas de comunicação móvel, tal como o IMT-2000 e o Sistema de Telecomunicações Móveis Universal (UMTS), as abordagens de Seqüência Direta CDMA (DS-CDMA) foram propostas para uso nos Estados Unidos, Europa e Japão. A esse respeito, um sistema WCDMA similar está sendo considerado para uso na Europa e no Japão, mas um conceito de DS-CDMA de alguma forma diferente está sendo considerado para uso nos Estados Unidos.

Esses sistemas da nova geração serão necessários para se fornecer uma ampla seleção de serviços de telecomunicações incluindo voz, vídeo e dados digitais em pacotes e modos de canal trocados por circuito.

Como resultado disso, o número de chamadas que está sendo realizado deve aumentar significativamente, o que resultará em uma densidade de tráfego muito mais alta nos canais de acesso randômico (RACHs). Infelizmente, essa densidade de tráfego mais alta também resultará em colisões maiores e falhas de acesso. Conseqüentemente, a nova geração de sistemas de comunicação móvel terá que utilizar procedimentos de acesso randômico muito mais rápidos e flexíveis, a fim de aumentar suas taxas de sucesso de acesso e reduzir seus tempos de processamento de solicitação de acesso. Em outras palavras, existirá uma demanda mais alta por um acesso mais rápido e mais eficiente nesses sistemas devido ao aumento substancial esperado no tráfego trocado por pacote. A abordagem WCDMA proposta inclui duas formas diferentes de transmitir pacotes, em um canal comum e em um canal dedicado.

Entretanto, haverá uma demanda alta por um acesso randômico mais rápido e mais eficiente utilizando um esquema de transmissão. Por exemplo, os pedidos de patente U.S. comumente cedidos Nos. 08/733.501 e 08/847.655, e o pedido de patente provisório U.S. 60/063.024 descrevem tal abordagem de acesso randômico, que pode ser utilizada para um serviço baseado em pacote onde uma estação móvel (MS) pode transmitir pacotes em um canal comum e um canal dedicado. Para o caso do canal comum, os pacotes são incluídos nas solicitações de acesso randômico sendo transmitidas. Para o caso do canal dedicado, as solicitações de acesso randômico sendo transmitidas incluem solicitações por um canal dedicado no qual se transmitem os pacotes associados.

Os pedidos de patente supracitados descrevem uma abordagem de acesso randômico ALOHA com intervalos (S-ALOHA).

Utilizando-se essa abordagem, um meio de transmissão comum pode ser compartilhado por uma pluralidade de usuários. Essencialmente, o meio de transmissão é dividido em uma pluralidade de intervalos de acesso, que são caracterizados por um desvio de tempo relativo ao limite de quadro recebido.

Cada usuário (MS) seleciona de forma randômica um intervalo de acesso e então transmite sua informação de mensagem nesse intervalo de acesso.

Entretanto, uma desvantagem dessa abordagem é que os intervalos de acesso não são alocados para os usuários, o que pode resultar em colisões entre as transmissões de diferentes usuários.

Por exemplo, utilizando a abordagem de acesso randômico S- ALOHA nos pedidos de patente supracitados, uma MS gera e transmite uma solicitação de acesso randômico. Um diagrama que ilustra uma estrutura de quadro para tal solicitação de acesso randômico é ilustrado na figura 1. A estrutura de quadro ilustrada é utilizada nos primeiros dois primeiros pedidos de patente supracitados. Como ilustrado, a solicitação de acesso randômico compreende um preâmbulo e uma porção de campo de dados. A porção de preâmbulo é utilizada basicamente como uma função de toque. A porção de dados inclui a solicitação e/ou o pacote de dados. A fim de reduzir o risco de colisões para solicitações de diferentes MS que escolhem o mesmo intervalo de acesso, o preâmbulo para cada solicitação de MS contém um único padrão de assinatura (bit). As MS selecionam de forma randômica os padrões de assinatura utilizados (preferivelmente de um conjunto limitado de padrões de assinatura), que adicionalmente reduzem o risco de colisões. O procedimento a seguir é tipicamente utilizado em um sistema de acesso randômico S-ALOHA. Primeiro, uma MS é sincronizada com uma estação base. A MS “ouve” um canal de transmissão através do qual, por exemplo, a rede transmite os códigos de acesso randômico, o nível de energia de transmissão do canal de transmissão, e o nível de sinal de interferência medido na estação base. A seguir, a MS estima a perda de caminho de downlink, e juntamente com o conhecimento do nível de sinal de interferência da estação base e do nível de energia de transmissão, estima um nível de energia de transmissão para o uso. A MS então seleciona um intervalo de acesso e um padrão de assinatura, e transmite sua solicitação de acesso randômico no intervalo de acesso selecionado e com o padrão de assinatura selecionado. A MS espera por um aviso de recebimento da solicitação de acesso proveniente da estação base. Se a MS não receber um aviso de recebimento da estação base em um período de tempo predeterminado (tempo de expiração), a MS seleciona um novo intervalo de acesso e padrão de assinatura, e transmite uma nova solicitação de acesso randômico.

Com referência à figura 1, a porção de preâmbulo é modulada com diferentes padrões de assinatura, e espalha com um código de espalhamento único de estação base. Os padrões de assinatura são utilizados para separar diferentes solicitações de acesso randômico simultâneas, e também para determinar qual código de espalhamento/codificação se utilizar na porção de dados das solicitações. Conseqüentemente, como mencionado anteriormente, as solicitações de duas MS diferentes que utilizam o mesmo intervalo de acesso, mas com diferentes padrões de assinatura podem ser separadas. Além disso, símbolos piloto podem ser inseridos na porção de dados da solicitação, a fim de facilitar a detecção coerente. A porção de preâmbulo da solicitação também pode ser utilizada para a detecção coerente, mas se a porção de dados for relativamente longa, a estimativa do canal terá que ser atualizada de forma correspondente. A figura 2 ilustra a estrutura de quadro da solicitação de acesso randômico descrita no terceiro dos pedidos de patente supracitados.

Utilizando-se a estrutura de quadro ilustrada, a porção de dados é transmitida na ramificação I do canal, e o preâmbulo/piloto é transmitido na ramificação Q. Essa estrutura de quadro é utilizada a fim de tornar o canal de acesso randômico compatível com os outros canais de uplink dedicados, que para a abordagem WCDMA são I/Q multiplexados. Em qualquer caso, não importa se os dados e os símbolos piloto são multiplexados em tempo, I/Q multiplexados, ou multiplexados por código (o que pode ser realizado entre outros processos pela codificação complexa de um sinal multiplexado I/Q).

Um quadro é dividido em um número de intervalos de tempo no canal de dados dedicado de acordo com a taxa de comando de controle de energia. Esses intervalos são chamados de intervalos de quadro. Nos sistemas WCDMA propostos, existem 16 desses intervalos de quadro por quadro. Em um esquema de acesso randômico, um quadro também é subdividido em um número de intervalos de acesso, mas a finalidade é aumentar a eficiência de taxa de rendimento (“throughput”) do processo de acesso randômico. Um intervalo de acesso define um período no qual uma MS pode iniciar sua transmissão de uma solicitação de acesso randômico. Utilizando-se a abordagem de acesso randômico nos primeiros dois dos pedidos de patente supracitados, as solicitações de acesso randômico podem, por exemplo, ser transmitidas em intervalos de acesso consecutivos como ilustrado na figura 3. A porção de dados das solicitações de acesso randômico na figura 3 é codificada por um código longo (o mesmo comprimento da porção de dados). Conseqüentemente, um intervalo de acesso mais um tempo de espera pode ser igual a N intervalos de tempo. Preferivelmente, os preâmbulos de diferentes intervalos de acesso não devem se sobrepor, visto que haveria muitos detectores de preâmbulo necessários na estação base, e a interferência (devido ao fato dos mesmos códigos de espalhamento estarem sendo utilizados) aumentaria para o processo de detecção de acesso randômico. Entretanto, para a estrutura de quadro utilizada no terceiro dos pedidos de patente supracitados, a eficiência de taxa de rendimento do canal de acesso randômico pode ser reduzida, visto que preâmbulos mais longos estão sendo utilizados e os preâmbulos de diferentes solicitações de acesso em diferentes intervalos de acesso não se sobreporiam. O receptor de acesso randômico na estação base é constituído de duas seções, nas quais uma seção detecta o preâmbulo, e a segunda seção detecta a porção de dados da solicitação. A seção que detecta o preâmbulo inclui um filtro coincidente, que coincide com o código de espalhamento utilizado nas assinaturas. A modulação do sinal de saída do filtro coincidido é removida pela multiplicação com os símbolos de assinatura esperados (remodulação), a fim de separar as solicitações de acesso randômico de diferentes MS que utilizaram assinaturas diferentes.

Quando uma solicitação de acesso randômico é registrada na seção de detector de preâmbulo do receptor da estação base, uma pluralidade de extensões RAKE é localizada a fim de detectar a porção de dados dessa solicitação. Além disso, a seção de detector de preâmbulo acopla o tempo de quadro da porção de dados da solicitação ao receptor RAKE, juntamente com o código de espalhamento utilizado na porção de dados, e uma estimativa inicial da resposta do canal. O receptor RAKE detecta os dados da porção de dados, e a estação base processa os dados e responde a essa solicitação de acesso randômico da MS.

Um problema com a abordagem do pedido supracitado é que o canal de acesso randômico utilizado não é compatível com os outros canais de uplink utilizados na abordagem WCDMA proposta. Conseqüentemente, novo hardware precisa ser desenvolvido para a porção de dados do canal de acesso randômico.

Um problema com a abordagem do terceiro pedido supracitado é que apesar do mesmo evitar o problema de compatibilidade do canal de uplink, o mesmo exige uma quantidade significativa de uso de buffers adicionais. Outro problema com essa abordagem é que a taxa de processamento de mensagem de solicitação de acesso randômico será reduzida, visto que os preâmbulos de diferentes intervalos de acesso não devem se sobrepor, e os preâmbulos nessa abordagem são relativamente longos.

Um problema com a terceira abordagem de acesso randômico (descrita no terceiro pedido), que não existe para outras abordagens, é que se a porção de dados da solicitação for mais longa do que um intervalo de acesso, então uma ambigüidade na detecção no tempo de quadro pode existir. Nesse caso, o símbolo piloto em cada intervalo de acesso pode carregar uma assinatura que é a mesma em cada intervalo de acesso, ou a assinatura pode ser mudada de intervalo de acesso para intervalo de acesso. Como tal, pode haver vários momentos durante a transmissão de dados quando uma assinatura é detectada. Entretanto, a estação base recebe um sinal de temporização por intervalo de acesso e, portanto, pode haver um problema na determinação do tempo de quadro exato. Apesar de esse problema poder ser solucionado com os meios existentes, tal solução seria bem complicada.

Um problema adicional com essa abordagem é que durante o processo de detecção de acesso randômico, o intervalo de acesso completo tem que ser armazenado em buffer para a detecção subsequente de dados até que a solicitação de acesso randômico tenha sido detectada pela decodificação do padrão de assinatura transmitido simultaneamente. Essa etapa leva um intervalo de acesso para se completada e dessa forma exige o máximo de armazenamento em buffer de um intervalo de acesso completo. O armazenamento em buffer adicional também é necessário durante a detecção da porção de dados utilizada nas duas outras abordagens (além de no processo da presente invenção), visto que a estimativa de canal tem que ser realizada com base em um canal piloto transmitido continuamente (abordagem três acima), ou símbolos piloto inseridos periodicamente (abordagem um acima). Em outras palavras, as estimativas de canal precisam ser fornecidas em paralelo com cada símbolo de dados recebido. O armazenamento em buffer necessário é apenas durante o tempo que leva para se calcular uma estimativa de canal relacionada (isto é, transmitida durante o mesmo tempo) para um símbolo de dados.

Um exemplo ilustrativo de processamento de chamadas de acesso randômico múltiplo em comunicações móveis é dado no WO 9818280 A2 que geralmente descreve um sistema de comunicações móveis no qual pacotes de acesso randômico são transmitidos, os quais incluem um campo de preâmbulo e outros campos de dados usados para facilitar o ajuste de chamadas e alocação de recursos. O preâmbulo pode conter um padrão de assinatura e ser espalhado por um código de espalhamento.

Outro exemplo ilustrativo de processamento de chamadas de acesso randômico múltiplo em comunicações móveis é dado em Proceedings of the IEEE International Conference on Universal Personal Communication, ICUPC '97, Outubro de 1997, pp. 43-47, que descreve um processo de acesso randômico com base em ALOHA intervalado incluindo uma estrutura de quadro de acesso tendo um preâmbulo e campos de dados. O quadro de acesso randômico é espalhado com um código de espalhamento.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

De acordo com uma modalidade preferida da presente invenção, uma estrutura de quadro de canal físico comum de uplink (canal de acesso randômico) é fornecida com uma porção de dados e preâmbulo separados. O preâmbulo é utilizado pela estação base para detectar que uma MS está tentando a solicitação de acesso randômico. A porção de dados do canal inclui os dados do usuário, e os símbolos piloto que fornecem energia para a estimativa de canal durante a recepção da porção de dados. Um intervalo de proteção é preferivelmente inserido na porção de preâmbulo do quadro, o que permite que alguma detecção de dados ocorra antes do processo real de detecção de dados ser iniciado. Conseqüentemente, o armazenamento em buffer de dados pode ser minimizado.

Uma vantagem técnica importante da presente invenção é que a estrutura de quadro no canal de uplink físico comum é compatível com a estrutura de quadro no canal de uplink físico dedicado.

Outra vantagem técnica importante da presente invenção é que cada porção da solicitação de acesso randômico tem que preencher apenas uma função e pode dessa forma ser desenhada de forma ideal para essa tarefa respectiva.

Ainda outra vantagem técnica importante da presente invenção é que o mesmo tipo de esquema de alocação de código pode ser utilizado para a porção de dados da solicitação de acesso randômico e os canais de uplink dedicados.

Outra vantagem técnica importante adicional da presente invenção é que todo o processamento póstumo necessário, tal como, por exemplo, decodificação de assinatura, pode ser realizado durante um período de proteção. Conseqüentemente, o projeto de hardware para a detecção de solicitação de acesso randômico pode ser simplificado, e o retardo de processamento de solicitação de acesso randômico pode ser minimizado.

Outra vantagem técnica importante adicional da presente invenção é que o mesmo hardware de receptor pode ser utilizado para decodificar a porção de dados do canal de uplink físico comum e o canal de uplink físico dedicado convencional, o que unifica o desenho de hardware e diminui os custos do hardware.

Outra vantagem técnica importante adicional da presente invenção é que um conjunto de receptores RAKE ou extensões RAKE pode ser designado ou compartilhado por ambos o canal físico comum (pacote de dados de acesso randômico) e pelo canal físico dedicado (canal de tráfego), o que minimiza a quantidade de hardware necessária.

Ainda outra vantagem técnica importante da presente invenção é que as exigências de tamanho de buffer podem ser minimizadas, visto que as funções do preâmbulo e da porção de dados da solicitação de acesso randômico são separadas.

Outra vantagem técnica importante adicional da presente invenção é que a taxa de solicitação de acesso randômico pode ser aumentada em comparação com outras abordagens de acesso randômico. Em particular, a taxa de solicitação de acesso randômico para a terceira das abordagens de acesso randômico supracitadas seria inferior à da presente invenção para a mesma quantidade de hardware utilizado.

Outra vantagem técnica importante da presente invenção é que uma capacidade de transmissão das mensagens de acesso randômico em diferentes taxas pode ser alcançada de uma forma muito flexível.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

Uma compreensão mais completa do processo e aparelho da presente invenção pode ser obtida por referência à descrição detalhada a seguir quando levada em consideração juntamente com os desenhos em anexo, nos quais: A figura 1 é um diagrama que ilustra uma estrutura de quadro de canal existente para uma solicitação de acesso randômico; A figura 2 é um diagrama que ilustra uma segunda estrutura de quadro de canal existente para uma solicitação de acesso randômico; A figura 3 é um diagrama que ilustra uma estrutura de quadro de canal existente para solicitações de acesso randômico feitas nos intervalos de acesso consecutivos (tempo); A figura 4 é um diagrama que ilustra uma estrutura de quadro multiplexada I/Q para um canal de acesso randômico em um sistema de comunicações móveis WCDMA de acordo com uma modalidade preferida da presente invenção; A figura 5 é um diagrama de árvore de código que ilustra um exemplo da alocação de código de canalização para a porção de dados de uma solicitação de acesso randômico a ser transmitida por uma MS de acordo com a modalidade preferida da presente invenção; A figura 6 é um diagrama de blocos simplificado de um sistema ilustrativo para uso na designação de um componente de receptor RAKE para desespalhar uma porção de dados de uma solicitação de acesso randômico detectada em um receptor de estação base WCDMA de acordo com a modalidade preferida da presente invenção; A figura 7 é um diagrama de blocos que ilustra os detalhes pertinentes de uma unidade de detecção de acesso randômico ilustrativa que pode ser utilizada para implementar as funções da unidade de detecção de acesso randômico ilustrada na figura 6; A figura 8 é um diagrama de blocos que ilustra os detalhes pertinentes de uma unidade de busca ilustrativa que pode ser utilizada para implementar as funções das unidades de busca ilustradas na figura 6; e A figura 9 é um diagrama de blocos que ilustra os detalhes pertinentes a uma extensão RAKE ilustrativa que pode ser utilizada para implementar as funções de uma extensão RAKE ilustrada na figura 6.

DESCRIÇÃO DETALHADA DOS DESENHOS A modalidade preferida da presente invenção e suas vantagens são melhor compreendidas com referência às figuras de 1 a 9 dos desenhos, referências numéricas similares sendo utilizadas para partes similares ou correspondentes dos vários desenhos.

Essencialmente de acordo com uma modalidade preferida da presente invenção, uma estrutura de quadro de canal físico comum de uplink (canal de acesso randômico) é fornecida com um preâmbulo e uma porção de dados separados. O preâmbulo é utilizado pela estação base para detectar que uma MS está tentando a solicitação de acesso randômico. A porção de dados do canal inclui dados de usuário, informação de taxa, e símbolos piloto que fornecem energia para a estimativa de canal durante a detecção da porção de dados. Um intervalo de proteção é preferivelmente inserido entre o preâmbulo e a porção de dados do quadro, que permite a detecção do preâmbulo antes de os dados chegarem (exigindo menos armazenamento em buffer). Como tal, as estruturas de quadro para ambos o canal de uplink físico comum (acesso randômico) e o canal de uplink físico dedicado (tráfego) são compatíveis.

Especificamente, a figura 4 é um diagrama que ilustra uma estrutura de quadro para um canal de acesso randômico em um sistema de comunicações móveis WCDMA de acordo com uma modalidade preferida da presente invenção. O conjunto inferior de linhas em forma de seta representa o tempo de uma estrutura de quadro existente, que é fornecido aqui para fins de comparação. A porção de preâmbulo da estrutura de quadro ilustrada na figura 4 pode ser desenhada de forma ideal para a detecção de acesso randômico e detecção de assinatura. Como tal, uma estação base pode estar “ouvindo” continuamente tal preâmbulo transmitido. A fim de distinguir entre as solicitações de acesso randômico simultâneas sendo transmitidas por diferentes MS, cada preâmbulo de uma solicitação de acesso randômico é modulada por um único padrão de assinatura, que é randomicamente selecionado pela MS respectiva transmitindo a solicitação. Um exemplo de tal preâmbulo modulado por assinatura em uma solicitação de acesso randômico é descrito nos primeiros dois pedidos de patente supracitados, que são incorporados completamente aqui em sua totalidade.

Como tal, o padrão de assinatura para cada preâmbulo é selecionado de forma randômica pela MS a partir de uma pluralidade de códigos ortogonais. Para essa modalidade, cada um desses códigos ortogonais possui um comprimento de 2Nsig símbolos, e é espalhado com um código de espalhamento único da estação base conhecido (isto é, o número do código de espalhamento fornecido anteriormente através do canal de transmissão da estação base). O parâmetro, Nsig, é o número de ordem do padrão de assinatura detectado. Cada símbolo é espalhado pela mesma seqüência de código de comprimento SF, onde “SF” significa o fator de espalhamento do código. Tipicamente, o comprimento resultante do preâmbulo (por exemplo, SF*2Nsiê/Rchjp, onde Rchjp é a taxa de chip ou taxa de seqüência de espalhamento) é menor do que o comprimento, N*TiS, dos intervalos de quadro N nos sistemas existentes. Conseqüentemente de acordo com a presente invenção, um intervalo de tempo de proteção, T(j, pode ser gerado pela interrupção da energia de transmissão da MS do fim do preâmbulo para o início do próximo intervalo de quadro. O tempo (ou comprimento) do quadro novo é dessa forma representado na figura 4 como Tpa (tempo ou comprimento do preâmbulo) mais TG (comprimento do intervalo de tempo de proteção) mais TD (tempo ou comprimento da porção de dados do quadro). Essa estrutura de quadro de acesso randômico nova e processo de uso podem reduzir a energia transmitida da MS (por exemplo, ligeiramente, pela interrupção da transmissão durante o intervalo entre o preâmbulo e a porção de dados da solicitação de acesso randômico), e o tempo da solicitação de acesso randômico pode ser alinhado exatamente com o de um esquema de intervalo de quadro de sistema existente.

Adicionalmente de acordo com a modalidade preferida, durante um intervalo de tempo de proteção, TG, o processamento de detecção de assinatura pode ser realizado no receptor da estação base (por exemplo, pela utilização de uma transformação rápida Walsh-Hadamard), e a estação base pode determinar mais rapidamente se uma solicitação de acesso randômico foi realizada. Subseqüentemente, como descrito em detalhes abaixo, um receptor RAKE disponível ou extensão RAKE (por exemplo, dependendo de quantos caminhos de retardo devem ser utilizados) pode ser designado, e durante o intervalo de tempo de proteção, TG, os valores iniciais do processo de detecção de assinatura podem ser transportados para a unidade RAKE selecionada, que é antes do tempo dos sistemas existentes.

Um exemplo de uso de tal intervalo de tempo de proteção para a detecção de solicitação de acesso randômico é onde um preâmbulo tem 16 símbolos de comprimento e é espalhado com um código Ortogonal Ouro de 256 chips de comprimento. Em um sistema operando a 4.096 Mchips/seg., o preâmbulo terá 1 ms de comprimento. Nos sistemas WCDMA propostos, deve haver 16 intervalos de quadro por 10 ms. Teoricamente, um intervalo de tempo de proteção, TG, nesse exemplo pode ter 0,25 ms de comprimento.

Além disso, de acordo com a modalidade preferida da presente invenção, a porção de transmissão de dados do canal físico comum de uplink novo ilustrado na figura 4 pode ser desenhada de forma independente das exigências do preâmbulo de acesso randômico. Por exemplo, a fim de alcançar um desenho de hardware unificado, é preferível se utilizar as mesmas estruturas de dados e controle (por exemplo, piloto e informação de taxa) ambos no canal físico comum e no canal físico dedicado (isto é, o canal tipicamente utilizado para tráfego de dados). Como tal de acordo com a nova estrutura de quadro da presente invenção, os símbolos piloto podem ser espalhados de acordo com o esquema de espalhamento de uplink de canal físico dedicado, e dessa forma não exigem qualquer modulação de assinatura.

Conseqüentemente, (por exemplo, em comparação com o terceiro pedido de patente mencionado anteriormente), a presente invenção permite uma liberdade significativamente maior na seleção do comprimento do campo piloto e dos dados comuns adicionais (por exemplo, indicador de taxa ou campo RI). Adicionalmente, com relação à figura 4, os símbolos piloto sendo transmitidos podem ser multiplexados por código I/Q, ou alternativamente multiplexados em tempo ou multiplexados em código com os dados. A figura 5 é um diagrama de árvore de código que ilustra um exemplo da alocação de código de canalização para a porção de dados de uma solicitação de acesso randômico a ser transmitida por uma MS de acordo com a modalidade preferida da presente invenção. A fim de ilustrar como o espalhamento e a codificação podem ser realizados para a porção de dados da solicitação de acesso randômico, o exemplo ilustrado ilustra como 16 padrões de assinatura diferentes podem ser utilizados na porção de dados. Para o exemplo ilustrado, o padrão de assinatura utilizado para o preâmbulo da solicitação de acesso randômico aponta para um dos 16 nós na árvore código que inclui os códigos de canalização de comprimento 16. A sub-árvore ilustrada abaixo do nó selecionado pode ser utilizada para espalhar a porção de dados da solicitação.

Por exemplo, com referência à figura 5, se a MS espalha a porção de controle (por exemplo, piloto na ramificação Q) com um código de canalização possuindo um fator de espalhamento de 256 na parte inferior da sub-árvore (por exemplo, para a assinatura 16), então para a parte de dados (por exemplo, para a ramificação I), a MS pode utilizar qualquer um dos códigos de canalização com um fator de espalhamento de 32 a 256 na parte superior dessa sub-árvore. Obviamente, outras alternativas existem.

Adicionalmente, para fins de correlação cruzada aperfeiçoada, a porção de dados da solicitação transmitida também pode ser codificada com um código que tenha o mesmo comprimento que a porção de dados (e, por exemplo, pode ser um código complexo).

De acordo com a presente invenção, o tamanho da porção de dados da solicitação de acesso randômico pode ser variável. O problema associado com a exigência do sistema WCDMA proposto por diferentes taxas de solicitação de acesso randômico no canal de acesso randômico é solucionado pela presente estrutura de quadro que permite o uso de diferentes fatores de espalhamento na porção de dados da solicitação (resultando em diferentes quantidades de dados por solicitação), e campos de dados que possuem comprimentos diferentes em tempo (além de resultar em quantidades diferentes de dados por solicitação).

Por exemplo, o uso de diferentes taxas para as solicitações de acesso randômico em um canal de acesso randômico pode ser ilustrado como se segue. Os diferentes conjuntos de assinaturas utilizados podem apontar para diferentes fatores de espalhamento e/ou comprimentos para porções de dados. Tendo-se uma transmissão de estação base um número predeterminado de assinaturas pode ser designado para uma determinada taxa de dados, a estação base pode adaptar a combinação das assinaturas e taxa de dados às condições reais da solicitação de tráfego sendo realizada.

Como outro exemplo, a MS pode incluir um campo RI no começo da porção de controle da solicitação de acesso randômico. A porção de controle da solicitação tem um fator de espalhamento conhecido (da estação base) (e dessa forma também o código) e, portanto, pode ser prontamente detectado na estação base. Como tal, porções de dados de diferentes solicitações de acesso randômico possuindo comprimentos diferentes e fatores de espalhamento diferentes ainda podem ser prontamente detectadas pela estação base.

Como outro exemplo de uso vantajoso de porções de dados de tamanho variável das solicitações de acesso randômico em um sistema WCDMA, um RI pode ser espalhado sobre toda a porção de controle de uma solicitação (por exemplo, utilizando uma abordagem de espalhamento similar à utilizada nos canais de uplink dedicados existentes). Entretanto, essa abordagem pode exigir o uso de armazenamento em buffer adicional para a porção de dados das solicitações. Altemativamente, um RI pode ser incluído no início do campo de dados da solicitação, que pode ser utilizado para diferentes comprimentos (de tempo) das porções de dados.

Outro exemplo é uma forma de detecção de taxa cega. Na detecção de porções de dados de comprimento variável, uma verificação de redundância cíclica (CRC) pode ser realizada em comprimentos predeterminados. A codificação é continuada depois disso até o próximo comprimento de tempo possível. Na estação base, a detecção de diferentes fatores de espalhamento é realizada pelo início da detecção do fator de espalhamento menor observado, e se o resultado da CRC for inválido, pelo início da detecção do próximo fator de espalhamento maior, e assim por diante.

Como tal, para cada uma das variações supracitadas, é preferível se ter um conjunto relativamente pequeno de taxas diferentes de onde escolher, a fim de minimizar a sinalização de overhead e/ou a complexidade do receptor. Além disso, é preferível se ter o comprimento do campo de dados divisível no comprimento do intervalo de quadro dos outros canais de uplink no sistema. A figura 6 é um diagrama de blocos simplificado de um sistema ilustrativo (100) para uso na designação de um componente de receptor RAKE para desespalhar uma porção de dados de uma solicitação de acesso randômico detectada em um receptor de estação base WCDMA de acordo com a modalidade preferida da presente invenção. Essencialmente, as funções de detecção de acesso randômico ilustradas podem detectar padrões de assinatura, estimar retardos de caminho, e também fornecer estimativas de canal, se for desejado. O sistema ilustrativo 100 ilustrado inclui uma unidade de detecção de acesso randômico 102, e pelo menos uma unidade de busca 104. A estrutura de receptor ilustrada na figura 6, sem a unidade de detecção de acesso randômico 102, pode ser um receptor para um canal de tráfego regular. Uma função da unidade de detecção de acesso randômico 102 é detectar/encontrar o máximo de solicitações de acesso possíveis. Esse processo de detecção (e um processo de busca) fornece, por exemplo, a informação de retardo de caminho. A detecção da porção de dados da solicitação de acesso randômico é realizada na unidade receptora RAKE 108 utilizando a informação de retardo de caminho da unidade de detecção de acesso randômico 102. Uma ou mais unidades de busca 104 são acopladas em paralelo com a unidade de detecção de acesso randômico 102. Como tal, a unidade de detecção de acesso randômico 102 pode ser vista como funcionando como um tipo especializado de buscador. A função primária de uma ou mais unidades de busca 104 é detectar todos os retardos de propagação nos canais de tráfego sendo utilizados. Entretanto, ambas a unidade de detecção de acesso randômico 102 e uma ou mais unidades de busca 104 fornecem informação de retardo de caminho, que é utilizada na unidade de recepção RAKE 108.

As saídas da unidade de detecção de acesso randômico 102 e uma ou mais unidades de busca 104 são acopladas a uma unidade de controle 106. A unidade de controle 106 utiliza a informação de retardo de caminho, as estimativas de canal, e a informação de assinatura, a fim de designar a informação de porção de dados detectada para um componente da unidade de recepção RAKE adequado 108a-108n para desespalhamento. A saída da unidade de controle 106 acopla um sinal de controle à unidade de recepção RAKE 108, que inclui o número de ordem do padrão de assinatura detectado, Nsig, que é utilizado para designar uma taxa de dados para a porção de dados subsequente a ser registrada na unidade de recepção RAKE. O sinal de controle da unidade de controle 106 também inclui a estimativa de retardo de caminho, τυ, que é utilizada para determinar um retardo correto na unidade de recepção RAKE 108 para desespalhamento a porção de dados na entrada da unidade de recepção RAKE. Um parâmetro de estimativa de canal, hA, é acoplado a partir da unidade de controle 106 e utilizado como uma estimativa de canal inicial na unidade de recepção RAKE 108.

De acordo com a presente invenção, o uso de um intervalo de tempo de proteção, TG, entre o preâmbulo e a porção de dados da solicitação de acesso randômico permite que o sistema 100 realize todo o processamento póstumo supracitado durante esse período inativo. Conseqüentemente, as exigências de hardware impostas para o armazenamento em buffer dos dados recebidos podem ser minimizadas. Adicionalmente, o uso de uma estrutura virtualmente idêntica para a porção de dados da solicitação recebida para ambos os canal físico comum e o dedicado simplifica o desenho do receptor da estação base. As vantagens desse esquema de acesso randômico novo são descritas acima com relação à figura 5.

Como mencionado anteriormente, a unidade de detecção de acesso randômico 102 pode funcionar como um buscador especializado, ambos um ou mais buscadores 104 e a unidade de detecção de acesso randômico 102 fornecem informação de retardo de caminho para uso no receptor RAKE 108. Conseqüentemente de acordo com a presente invenção, se todos os canais de dados de uplink utilizarem um esquema virtualmente idêntico para a porção de dados da solicitação de acesso randômico, cada componente de receptor RAKE (ou extensão RAKE) 108a-108n pode ser designado pela unidade de controle 106 para demodular a informação recebida em um caminho de propagação. Conseqüentemente, um conjunto de componentes RAKE pode ser compartilhado ambos para os canais físicos dedicados (dados de uplink convencionais) e para as transmissões de pacote de dados no canal físico comum no modo de acesso randômico de operação.

Portanto de acordo com o esquema de acesso randômico implementado pela presente invenção, o número de componentes RAKE exigido pode ser minimizado. A figura 7 é um diagrama de blocos que ilustra os detalhes pertinentes de uma unidade de detecção de acesso randômico ilustrativa (202) que pode ser utilizada para implementar as funções da unidade de detecção de acesso randômico 102 ilustrada na figura 6. Vantajosamente, um esquema de processamento de sinal de banda de base (BB) é utilizado, incluindo uma conversão descendente complexa na extremidade dianteira de rádio freqüência (RF). A conversão descendente complexa é realizada pela mistura do sinal recebido com um transportador de seno e coseno (ambos os transportadores na mesma freqüência). A unidade de detecção de acesso randômico ilustrativa 202 pode ser utilizada para a ramificação I (para uma antena) de um receptor de acesso randômico da estação base. Uma unidade de detecção de acesso randômico similar pode ser utilizada para a ramificação Q. Como tal, o fluxo de sinais complexos é denotado por setas de linhas duplas ilustradas. A unidade de detecção de acesso randômico 202 inclui um filtro coincidido 204. O filtro coincidido, que é utilizado apenas durante o período de preâmbulo, é sintonizado no código de espalhamento de preâmbulo (que foi fornecido para a MS pela estação base). O filtro coincidido 204 é utilizado para detectar a presença da solicitação de acesso randômico, desespalhar a parte de preâmbulo do pacote de acesso randômico, e acoplar o sinal resultante a um acumulador. O acumulador é constituído de uma pluralidade de seções de acumulador, cada uma das quais inclui um módulo de integração e eliminação de bloco 206i-n (onde i = 1 a n), e uma seção de gerador de assinatura associado 208i-n. Cada preâmbulo recebido inclui um único padrão de assinatura, e cada seção de acumulador (i-n) é sintonizada em um dos possíveis padrões de assinatura a serem recebidos.

Conseqüentemente, as diferentes solicitações de acesso randômico recebidas podem ser separadas pela remodulação (205i-n) da saída do fdtro coincidido por código 204 com os símbolos de assinatura desejados (das seções de gerador de assinatura 208i-n), e acumulando de forma coerente os sinais remodulados nos módulos de integração e eliminação de bloco 206i-n. A saída de cada seção de acumulador (módulo de integração e eliminação de bloco 206i-n) é acoplada a uma respectiva unidade de detecção de pico 210i-n. No fim do período de preâmbulo, cada unidade de detecção de pico 21 Oi-n busca o sinal de saída de seu acumulador respectivo (módulo 206i-n) para cada sinal de pico que exceder um limite de detecção predeterminado. Cada unidade de detecção de pico 21 Oi-n então mede a posição no tempo, η - τΜ (isto é, através dos períodos de símbolo “M” do preâmbulo), do sinal de pico respectivo. Se o valor absoluto desse pico exceder um limite predeterminado, o valor da posição relacionada com o tempo (retardo de tempo), i\ - xM, é enviado para a unidade de controle 106 e para a unidade de estimativa de canal 212i. O estimador de canal pode ser utilizado para fornecer valores iniciais para um filtro de baixa passagem no estimador de canal de uma extensão RAKE 108a-n, que é designada para demodular a porção de dados subsequente da solicitação de acesso randômico. Esses valores iniciais, hAj - hAn, são retirados dos módulos de integração e eliminação de bloco 206 nas posições de tempo medidas, Xj - xM.

Como tal, o resultado do acúmulo (valor de pico complexo) em cada posição de retardo de tempo é enviado para a unidade de controlador 106, a fim de ser utilizado para a seleção de uma extensão RAKE 108a-n. A saída de cada unidade de estimativa de canal (ramificação de acumulador) 212i-n corresponde a um padrão de assinatura respectivo, Sj-Sn. A figura 8 é um diagrama de blocos que ilustra os detalhes pertinentes de uma unidade de busca ilustrativa (304) que pode ser utilizada para implementar as funções das unidades de busca 104 ilustradas na figura 6. A unidade de busca ilustrativa 304 inclui um filtro coincidido por código 306, que é coincidido com a seqüência piloto do canal de dados dedicado sendo utilizado. O valor absoluto quadrado (308) da saída de sinal complexo do filtro coincidido 306 é (símbolo por símbolo) acumulado de forma não coerente na unidade de integração e eliminação 310 devido aos desvios de freqüência do sinal complexo de entrada. A unidade de seleção de caminho 312 busca pelos picos mais altos na saída da unidade de integração e eliminação 310 (espectro de energia de retardo ou DPS), comparando cada pico com um valor limite predeterminado. Os retardos de caminho, η - xk, associados com os valores de sinal de pico mais alto são enviados para a unidade de controle 106, a fim de serem utilizados para selecionar uma extensão RAKE 108a-n. A figura 9 é um diagrama de blocos que ilustra os detalhes pertinentes de uma extensão RAKE ilustrativa (408a-n) que pode ser utilizada para implementar as funções de uma extensão RAKE 108a-n ilustrada na figura 6. A unidade de recepção RAKE 108 compreende uma pluralidade de extensões RAKE 108a-n (por exemplo, 408a-n). Cada extensão 408a-n é designada para um retardo de caminho respectivo (p).

Cada canal de tráfego/usuário exige uma unidade de recepção RAKE 108 (408). Os diferentes momentos de retardo, η, são compensados pelo uso de um buffer de retardo variável controlado 410. A configuração inicial para τ( é fornecida a partir da unidade de detecção de acesso randômico 202 na figura 7 através da unidade de controle 106 (figura 6) e a unidade de controle de rastreamento 412. Os valores reais para X; podem ser fornecidos a partir da unidade de busca 304 na figura 8 através da unidade de controle 106 (figura 6) e da unidade de controle de rastreamento 412, ou estimados com a unidade de estimativa de retardo de tempo 415. Para a última opção, a unidade de estimativa de retardo de tempo 415 pode ser implementada com um discriminador de retardo cedo-tarde conhecido (técnica de circuito travado por retardo) utilizando entradas do gerador de código 413 e buffer de retardo 410, para calcular um retardo de tempo não coerente. O sinal recebido (entrada) é desespalhado (413) pelo complexo conjugado (416) do código de espalhamento original utilizado, e coerentemente acumulado (418) símbolo por símbolo. Cada símbolo recebido é pesado por uma estimativa de canal complexo conjugada, hA*(Xj). A estimativa de canal é calculada de uma forma similar pela unidade de estimativa de canal 414, mas com base no canal piloto de entrada.

Os códigos piloto de desespalhamento acumulados coerentemente provenientes da unidade de integração e eliminação de estimativa de canal 420 são passados através de um filtro de baixa passagem 422. As partes reais (424) das saídas da unidade de extensão RAKE (108a-n) são combinadas para formar um valor de decisão suave, que é enviado a partir do receptor RAKE 108. Como tal, o número de extensões RAKE designadas dessa forma (por unidade de controle 106) depende do número de retardos de caminho válidos, que são selecionados pelas unidades de busca 104.

Apesar de uma modalidade preferida do processo e aparelho da presente invenção ter sido ilustrada nos Desenhos em anexo e descrita na Descrição Detalhada acima, deve-se compreender que a invenção não está limitada a essa modalidade descrita, mas é capaz de inúmeras novas disposições, modificações e substituições sem que se distancie do espírito da invenção como apresentado e definido pelas reivindicações em anexo.

Claims (26)

1. Estrutura de quadro de uma solicitação de acesso randômico para transmissão em um canal de acesso randômico em um sistema de comunicações móveis, compreendendo: um preâmbulo; uma porção de dados; e caracterizada pelo fato de existir uma porção de proteção vazia entre o dito preâmbulo e a dita porção de dados dentro da mesma solicitação de acesso randômico.

2. Estrutura de quadro de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o dito preâmbulo é um preâmbulo modulado por assinatura em que um padrão de assinatura pré-selecionado foi usado para modular o dito preâmbulo.

3. Estrutura de quadro de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o dito preâmbulo é um preâmbulo modulado por assinatura em que um padrão de assinatura de forma randômica selecionado a partir de uma pluralidade de códigos ortogonais foi usado para modular o dito preâmbulo.

4. Estrutura de quadro de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o sistema de comunicações móveis é um sistema CDMA.

5. Estrutura de quadro de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que a dita porção de dados inclui dados de usuário e pelo menos um símbolo piloto.

6. Estrutura de quadro de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que a dita porção de dados inclui dados de usuário e nenhum símbolo piloto.

7. Estrutura de quadro de acordo com a reivindicação 6, caracterizada pelo fato de que os ditos dados de usuário são transmitidos em uma ramificação I ou ramificação Q.

8. Estrutura de quadro de acordo com a reivindicação 5, caracterizada pelo fato de que o dito pelo menos um símbolo piloto é adaptado para ser transmitido em uma ramificação I ou ramificação Q.

9. Estrutura de quadro de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que a dita porção de dados inclui um indicador de taxa.

10. Estrutura de quadro de acordo com a reivindicação 9, caracterizada pelo fato de que o dito indicador de taxa é associado com uma taxa de dados de transmissão predeterminada e pelo menos um de uma pluralidade pré-selecionada de padrões de assinatura.

11. Estrutura de quadro de acordo com a reivindicação 9, caracterizada pelo fato de que o dito indicador de taxa é incluído em uma porção de controle da solicitação de acesso randômico.

12. Estrutura de quadro de acordo com a reivindicação 11, caracterizada pelo fato de que o dito indicador de taxa é incluído em um começo da dita porção de controle.

13. Estrutura de quadro de acordo com a reivindicação 11, caracterizada pelo fato de que o dito indicador de taxa é adaptado para ser espalhado sobre a dita porção de controle.

14. Estrutura de quadro de acordo com a reivindicação 9, caracterizada pelo fato de que o dito indicador de taxa é associado com uma porção de dados de comprimento predeterminado ou variável.

15. Estrutura de quadro de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que uma taxa de transmissão para o canal de acesso randômico é associada com um fator de espalhamento predeterminado.

16. Estrutura de quadro de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que a dita porção de dados consiste em dados espalhados em banda em que um código predeterminado associado com uma estação móvel predeterminada foi usado para espalhar os dados.

17. Estrutura de quadro de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que a dita porção de dados consiste em dados espalhados em banda em que um código predeterminado associado com uma pluralidade de estações móveis foi usado para espalhar os dados.

18. Estrutura de quadro de acordo com a reivindicação 17, caracterizada pelo fato de que uma porção de controle do dito canal de acesso randômico consiste em informação de controle espalhada em banda em que um primeiro código de espalhamento foi usado para espalhar a informação de controle e a dita porção de dados consiste em dados espalhados em banda em que um segundo código de espalhamento foi usado para espalhar os dados, o dito primeiro código de espalhamento ortogonal ao dito segundo código de espalhamento.

19. Estrutura de quadro de acordo com a reivindicação 18, caracterizada pelo fato de que os ditos primeiro e segundo códigos de espalhamento são cada um associados com uma sub-árvore de uma árvore de código.

20. Estrutura de quadro de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que uma porção de dados do dito canal de acesso randômico é virtualmente idêntica em estrutura a um canal físico dedicado no sistema de comunicações móveis.

21. Sistema para uso na detecção de uma solicitação de acesso randômico tendo uma estrutura de quadro como definida na reivindicação 1 e adequado para um sistema CDMA, caracterizado pelo fato de que compreende: uma unidade de detecção de acesso randômico (102); pelo menos uma unidade de busca (104), uma entrada do dito sistema acoplada à dita unidade de detecção de acesso randômico (102) e à dita pelo menos uma unidade de busca (104); uma unidade de controle (106), uma saída da dita unidade de controle de acesso randômico e da dita pelo menos uma unidade de busca acoplada à dita unidade de controle; e uma unidade de recepção RAKE (108), uma saída da dita unidade de controle e a dita entrada do dito sistema acopladas à dita unidade de recepção RAKE, em que a dita unidade de controle é disposta para produzir em sua saída um sinal de controle constituído de um número de ordem para um padrão de assinatura detectado informativo de uma taxa de dados para a porção de dados subsequente a ser inserida na unidade de recepção RAKE, um retardo de trajeto estimado, e um valor de canal estimado.

22. Sistema de acordo com a reivindicação 21, caracterizado pelo fato de que a dita unidade de recepção RAKE compreende uma pluralidade de componentes RAKE (108a - 108n).

23. Processo para uso na detecção de uma solicitação de acesso randômico tendo uma estrutura de quadro como definida na reivindicação 1 e adequado para um sistema CDMA, caracterizado pelo fato de que compreende as etapas de: detectar (102) uma solicitação de acesso randômico em um canal de acesso randômico; buscar (104) por um retardo de propagação em um canal de tráfego associado com o dito canal de acesso randômico; acoplar um resultado da dita etapa de detecção e da dita etapa de busca a uma unidade de controle (106); e em resposta à dita etapa de acoplamento, a dita unidade de controle designa pelo menos um componente de receptor RAKE (108) para demodular a dita solicitação de acesso randômico, em que a etapa de designação inclui acoplar ao dito pelo menos um componente de receptor RAKE um sinal de controle constituído de um número de ordem para um padrão de assinatura detectado informativo de uma taxa de dados para a porção de dados subsequente a ser inserida na unidade de recepção RAKE, um retardo de caminho estimado, e um valor de canal estimado.

24. Sistema de comunicações móveis, caracterizado pelo fato de que compreende: um terminal móvel para transmitir uma estrutura de quadro de acesso randômico como definida na reivindicação 1 em um canal de acesso randômico; e uma estação base para receber a dita estrutura de quadro de acesso randômico.

25. Sistema de comunicações móveis de acordo com a reivindicação 24, caracterizado pelo fato de que a dita porção de dados inclui um indicador de taxa associado com uma taxa de transmissão predeterminada e pelo menos um de uma pluralidade pré-selecionada de padrões de assinatura.

26. Sistema de comunicações móveis de acordo com a reivindicação 24, caracterizado pelo fato de que uma porção de controle da solicitação de acesso randômico compreende informação de controle espalhada em que um primeiro código de espalhamento foi usado para espalhar a informação de controle e um segundo código de espalhamento foi usado para espalhar a dita porção de dados, e em que o dito primeiro código de espalhamento é ortogonal ao dito segundo código de espalhamento.