BRPI0006806B1 - aparelho para uso em um sistema sem fio de acesso múltiplo de espectro espalhado - Google Patents

Abstract

<b>aparelho e transceptor para uso em um sistema sem fio de acesso múltiplo de espectro disperso baseado em multiplexagem por divisão de freqüência ortogonal<d> seqüências de tom em um arranjo de variação de freqüência são geradas e atribuídas empregando-se vantajosamente uma combinação de um gerador de seqüência e um atribuidor de seqüência para gerar seqüências e atribuir as mesmas em uma base de intervalo de tempo por intervalo de tempo. em um transmissor, o gerador de seqüência e atribuidor de seqüência, em combinação com um atribuidor de tom de usuário são empregados para gerar e atribuir seqüências de tom a um usuário em uma base de intervalo de tempo por intervalo de tempo. em um receptor, o gerador de seqüência e atribuidor de seqüência, em combinação com um identificador de tom de usuário são empregados para gerar seqüências e identificar seqüências de tom de entrada a um usuário em uma base de intervalo de tempo por intervalo de tempo. especificamente, a atribuição de seqüência em um intervalo de tempo é tal que uma pluralidade determinada de seqüências é atribuída a um usuário específico. esta divisão das tarefas facilita o uso de um gerador de seqüência que gera seqüências com as propriedades desejáveis de interferência e diversidade de freqüência e, que, deixa a tarefa de atribuir adequadamente estas seqüências entre um ou mais usuários ao atribuidor de seqüência. o atribuidor de seqüência funciona de tal modo que as propriedades de diversidade de freqüência e interferência para um ou mais usuários são preservadas, e isto é adicionalmente facilitado pela atribuição de seqüências de tal modo que as mesmas sobreponham ao máximo seqüências atribuídas anteriores. em uma modalidade da invenção, uma seqüência baseada em quadrado latino é gerada de acordo com um primeiro processo determinado. em uma segunda modalidade da invenção, uma seqüência baseada em cubo latino é gerada de acordo com um segundo processo determinado. em uma terceira modalidade da invenção, um hipercubo latino de seqüência baseada em dimensão determinada é gerada de acordo com um terceiro processo determinado. ainda em outra modalidade da invenção, os princípios da invenção são empregados para realizar a variação de banda de freqüência.

Description

"APARELHO PARA USO EM UM SISTEMA SEM FIO DE ACESSO MÚLTIPLO DE ESPECTRO ESPALHADO" Pedido Correlato O pedido de patente US 09/267.471 foi depositado em 11 de março de 1999.

Campo Técnico A presente invenção refere-se a sistemas de comunicação e mais particularmente a sistemas de comunicação sem fio e outros que empregam Acesso Múltiplo de Espectro Espalhado baseado em Multiplexação por Divisão de Frequência ortogonal.

Antecedentes da Invenção É importante que sistemas de comunicação sem fio sejam tão eficientes quanto possível para maximizar o número de usuários que podem ser adequadamente atendidos e maximizar taxas de transmissão de dados, se os serviços de dados forem fornecidos. Os sistemas de comunicação sem fio são tipicamente sistemas de meios compartilhados, isto é, há uma largura de banda disponível fixa que é compartilhada por todos os usuários do sistema sem fio. Tais sistemas de comunicação sem fio são frequentemente implementados como sistemas de comunicação denominados "celulares", nos quais o território sendo coberto é dividido em células separadas, e cada célula é servida por uma estação de base. É bem sabido no estado da técnica que aspectos desejáveis de sistemas de comunicação sem fio celulares são que a interferência entre células seja tão pequena quanto possível e que a interferência entre células seja tomada em média através de todos os usuários em células adjacentes.

Um sistema de interesse, conhecido, anterior, é revelado na patente OS 5.548.582 expedida em 20 de agosto de 1996 para Brajal e outros. O arranjo de Brajal e outros é um acesso múltiplo de espectro espalhado baseado em multiplexação por divisão de frequência ortogonal (OFDM) empregado em um sistema de comunicação sem fio. Contudo, o arranjo de Brajal e outros não é otimizado para uso em um sistema de comunicação celular e falha em mostrar, revelar ou sugerir como otimizar padrões de saltos em frequência, atribuição de tom ou reutilização de largura de banda.

Mais recentemente, foram feitas tentativas para superar os problemas e limitações de arranjos como aquele revelado por Brajal e outros. Uma tal tentativa é revelada no pedido de patente OS de Laroia e outros, no. de série 09/267.471, depositado em 11 de março de 1999, e cedido ao cessionário do presente pedido de patente US. Embora o sistema de comunicação celular sem fio revelado no pedido de Laroia e outros opere satisfatoriamente em muitas aplicações, o mesmo é limitado em que é orientado para o uso de sequência de saltos em frequência especifica. Consequentemente, interferência não pode ser minimizada, e em aplicações de comunicação de dados a qualidade de serviço não é otimizada.

Sumário da Invenção Os problemas e limitações de arranjos de saltos em frequência conhecidos, anteriores, são superados empregando vantajosamente uma combinação única de um gerador de sequência e um atribuidor de sequência para gerar sequências e atribuir as mesmas em uma base de intervalo de tempo por intervalo de tempo. Em um transmissor, o gerador de sequência e atribuidor de sequência, em combinação com um atribuidor de tom de usuário são empregados para gerar e atribuir sequências de tom a um usuário em uma base de intervalo de tempo por intervalo de tempo. Em um receptor, o gerador de sequência e atribuidor de sequência, em combinação com um identificador de tom de usuário são empregados para gerar sequências e identificar sequências de tom de entrada para um usuário em uma base de intervalo de tempo por intervalo de tempo de acordo com sequências atribuídas pelo atribuidor de sequência.

Especificamente, a atribuição de sequência em um intervalo de tempo é tal que uma pluralidade determinada de sequências é atribuída a um usuário específico. Esta divisão das tarefas facilita o uso de um gerador de sequência que gera sequências com as propriedades desejáveis de interferência e diversidade de frequência e, que, deixa a tarefa de atribuir adequadamente estas sequências entre um ou mais usuários para o atribuidor de sequência. O atribuidor de sequência funciona de tal modo que as propriedades de diversidade de frequência e interferência para um ou mais usuários são preservadas, e isto é adicionalmente facilitado pela atribuição de sequências de tal modo que as mesmas sobreponham ao máximo sequências atribuídas anteriores.

Em uma modalidade da invenção, uma sequência baseada em quadrado Latino é gerada de acordo com um primeiro processo determinado.

Em uma segunda modalidade da invenção, uma sequência baseada em cubo Latino é gerada de acordo com um segundo processo determinado.

Em uma terceira modalidade da invenção, um hipercubo Latino de sequência baseada em dimensão determinada é gerado de acordo com um terceiro processo determinado.

Ainda em outra modalidade da invenção, os princípios da invenção são empregados para realizar saltos em banda de frequência.

Breve Descrição dos Desenhos A figura 1 ilustra uma representação de domínio de frequência na qual uma pluralidade determinada de tons é gerada em uma largura de banda determinada; A figura 2 ilustra uma representação de domínio de tempo de um tom f±; A figura 3 mostra, em forma de diagrama em blocos simplificado, detalhes de um transmissor incluindo uma modalidade da invenção; A figura 4 mostra, em forma de diagrama em blocos simplificado, detalhes de um receptor incluindo uma modalidade da invenção; A figura 5 ilustra, graficamente, a atribuição de sequências de tom; A figura 6 ilustra, graficamente, a atribuição de sequência para um intervalo de tempo; A figura 7 ilustra, graficamente, as atribuições de sequência para uma pluralidade de intervalos de tempo; A figura 8 ilustra um ambiente de multicélulas no qual a invenção possa ser vantajosamente empregada; A figura 9 mostra, em forma de diagrama em blocos simplificado, detalhes de um transmissor empregando vantajosamente uma modalidade da invenção em uma aplicação de saltos em banda; A figura 10 mostra, em forma de diagrama em blocos simplificado, detalhes de um receptor vantajosamente empregando uma modalidade da invenção em uma aplicação de saltos em banda; A figura 11 ilustra uma pluralidade de bandas de frequência cada uma incluindo uma pluralidade de tons; e A figura 12 ilustra um instante de um sistema celular de saltos em banda.

Descrição Detalhada Resumidamente, os sistemas de multiplexação por divisão de frequência ortogonal (OFDM) empregam tons ortogonais em uma largura de banda de frequência determinada para transmitir dados de uma pluralidade de usuários ao mesmo tempo. Especificamente, para qualquer periodo de simbolo especifico T que é disponível para transmissão de símbolos, e uma largura de banda determinada W, o número de tons ortogonais disponíveis N, é WT. O espaçamento entre tons ortogonais é p=l/T. A figura 1 ilustra uma representação de domínio de frequência na qual uma pluralidade determinada de tons é gerada em uma largura de banda prescrita. Neste exemplo, a largura de banda W é empregada para gerar um total de N tons, isto é, i = 1, ...N. Os tons são separados em p=1/T, onde T é a duração de um símbolo OFDM. Observe que os tons empregados nesta modalidade da invenção são gerados de forma diferente daqueles gerados para um sistema de banda estreita. Especificamente, em um sistema de banda estreita a energia de cada tom é estritamente confinada a uma largura de banda estreita centrada em torno da frequência de tom, ao passo que em um sistema OFDM que é um sistema de banda larga a energia em um tom específico é deixada vazar para dentro da largura de banda inteira W, porém é de tal modo disposta que os tons nâo interferem um com o outro, A figura 2 ilustra uma representação de domínio de tempo de tom /■ no período de símbolo T. Novamente, observe que em cada período de símbolo T, os dados podem ser transmitidos em cada um dos tons substancialmente simultaneamente. A figura 3 mostra, em forma de diagrama em blocos simplificado, detalhes de um transmissor OFDM 300 incluindo uma modalidade da invenção. Especificamente, são mostrados gerador de sequência 301, atribuidor de sequência 302, atribuidor de tom de usuário 303 é bits de usuário para mapeador de forma de onda 304 . Bits de usuário bi são fornecidos via terminal de entrada 305 aos bits de usuário e mapeador de forma de onda 304 onde são mapeados utilizando tons {/1, . . . fi, . . . ein uma forma de onda representada por y , que é fornecida à antena 30 6 para transmissão. O gerador de sequência 301 gera as sequências de saltos em frequência. Especificamente, a sequência Si = í/ b /iSi, hSÍ----} é gerada, neste exemplo, de acordo com um dos vários processos.

Uma sequência de Quadrado Latino é gerada por = (ak + Si)mod p, onde p, a e Si são números inteiros, p é um número primo ou uma potência de um número primo, k é um indice de intervalo de tempo de permanência, e a periodicidade da sequência de Quadrado latino é p.

Uma sequência de Cubo Latino é gerada por , , onde p, a e Si são números inteiros, p é um número primo ou uma potência de um número primo, é o maior número inteiro menor do que k/p, k é um indxce de intervalo de tempo de permanência, e a periodicidade da sequência de Cubo Latino é p' .

Um Hipercubo Latino, por exemplo, de dimensão L, é gerado por , onde p, a e s, sâo números inteiros, p é um número primo ou uma potência de um número primo, é o maior número inteiro menor do que k/p1’1, k é um índice de intervalo de tempo de permanência, e a periodicidade da sequência de Hipercubo Latino é p1"1 . A sequência gerada S; é fornecida como entrada ao atribuidor de tom de usuário 303. O atribuidor de sequência 302 atribui sequências a um usuário pela duração de um intervalo de tempo, a saber, Tsurr · Cada intervalo de tempo Tsurr inclui intervalos de tempo de permanência d, cada um tendo duração Td, e cada intervalo de permanência inclui símbolos y cada de duração T. Desse modo, Td = y.T e T:ÍL0T = d.Td. Observe também que Τ;π.ο·Γ inclui intervalo de tempo de permanência k até k+d-1, onde k é o índice de intervalo de tempo de permanência. Cada intervalo de tempo de permanência pode incluir um ou mais tons determinados. Além disso, observe que os tons de usuários diferentes não colidem em uma célula. Isto é claramente ilustrado na figura 5, que ilustra graficamente a atribuição de sequências de tom e na figura 6, que ilustra graficamente a atribuição de sequência para um intervalo de tempo. Observe que na figura 5 tons atribuídos a um primeiro usuário são mostrados em esboço sólido e denotado nu, enquanto tons atribuídos a um segundo usuário são mostrados em esboço tracejado e denotados m2. Diversos tons atribuídos ao primeiro usuário são identificados, a saber, /*/'', /κ + Γ”, e /κ+2'" * A figura 6 mostra a sequência S; = /cá'1, Ji:>', . . ./rí’1, ♦ · ♦ f e a sequência de tons atribuída a um primeiro intervalo de tempo de usuário, a saber, /,:. i-;”', onde i — 1, . . . nii , A figura 7 ilustra, graficamente, as atribuições de sequência para uma pluralidade de intervalos de tempo. Uma atribuição de sequência no intervalo de tempo de ordem j é Φ - s -|, 21 . .. onde sequências m, sâo atribuídas como mostrado na figura 7. Realmente, as sequências sâo atribuídas de tal modo que Φ} - argmax<t> 3 Π^ϋΦ,,jj-Especificamente, são mostradas na figura 7 a sequência S„-.i = Ξ·,ι, . . .Si,rn! pâra o intervalo de tempo 1 e a sequência Srr:=, = Sj(i, . . . Ξή,ΓΓ.ί para o intervalo de tempo j. A atribuição de sequência atual é tal de modo a sobrepor ao máximo às atribuições de sequência anteriores. Este arranjo facilita boa interferência & diversidade de frequência para um ou mais usuários. Quando há múltiplos usuários que necessitam ser atribuídos o mesmo conjunto de sequências para facilitar a condição de sobreposição máxima, outros critérios devem ser incorporados como a distância dos usuários da estação de base para servir como um desempatador. Qs usuários mais distantes ainda da estação de base atual tendo preferência na atribuição visto que eles são mais prováveis de ocasionar mais interferência aos sinais nas estações de base vizinhas do que os usuários próximo à estação de base atual. A saída de atribuição de sequência do· atribuidor de sequência 302 é fornecida como outra entrada para o atribuidor de tom de usuário 303. Q atribuidor de tom de usuário 303 é responsivo às saídas fornecidas do gerador de sequência 301 e atribuidor de sequência 302 para gerar a sequência de tons para o usuário específico, a saber, tons {/:,,, ♦ /,, Tons ./:·,} sâo fornecidos aos bits de usuário para mapeador de forma de onda 304 onde são empregados para modular os bits de usuários bi para gerar uma forma de onda de saída, a saber ^c,c. Observe que Cl pode resultar, por exemplo, de codificação de correção de erro ou modulação de bit de bits de usuário b j, . Tais codificadores e moduladores sâo bem conhecidos no estado da técnica e sâo considerados parte de bits de usuário para o mapeador de forma de onda 304 . A forma de onda ^ciei,2'Tl'' é fornecida à antena 306 para transmissão como desejado. A figura 8 ilustra saltos em frequência em um ambiente de multicélulas no qual uma modalidade da invenção é vantajosamente empregada. Observe que cada célula é atribuída uma constante diferente "a", onde a constante a define uma família de sequências e é empregada na geração da família especifica de sequências, como descrito acima para as sequências de Quadrado Latino, Cubo Latino e Hipercubo Latino. A figura 4 mostra, em forma de diagrama em blocos simplificado, detalhes de um receptor 400 incluindo uma modalidade da invenção. Os elementos do receptor 400 que são essencialmente idênticos em construção e funcionalidade com aqueles elementos mostrados na figura 3, e descritos acima, não serão descritos novamente em detalhe. Por conseguinte, o identificador de tom de usuário 401 é responsivo às saldas fornecidas do gerador de sequência 301 e atribuidor de sequência 302, como descrito acima, para gerar a sequência de tons para o usuário especifico, a saber, tons {/1, . . ./i, . . ./m} . Tons {/i, . . ./±, . . ./m} . são fornecidos à forma de onda para mapeador de bits de usuário 4 02, onde são empregados para desmodular a forma de onda recebida via antena 403, a saber, ^c.ej2rfit r para obter bits de usuário bi. A seguir, os bits de usuário bi são fornecidos como uma saida a ser utilizada conforme desejado. Observe que Ci pode resultar, por exemplo, de codificação de correção de erro ou modulação de bit de bits de usuário b± em um transmissor remoto. Portanto, Ci deve ser decodificado por conseguinte utilizando um decodificador de correção de erro ou desmodulado utilizando um desmodulador de bits. novamente, tais decodificadores e desmoduladores são bem conhecidos no estado da técnica e são considerados parte de forma de onda para mapeador de bits de usuário 402.

Observe que o transmissor 300 e receptor 400 formam um transceptor para uso em um sistema sem fio de acesso múltiplo OFDM de saltos em frequência, em unidades móveis ou em estações de base. A figura 9 mostra, em forma de diagrama em blocos simplificado, detalhes do transmissor 900 que pode empregar vantajosamente uma modalidade da invenção em uma aplicação de saltos em banda. Novamente, os elementos do transmissor 900 que são essencialmente idênticos em construção e funcionalidade como aqueles mostrados na figura 3 para transmissor 300 foram similarmente numerados e não serão descritos novamente em detalhe. As únicas diferenças entre transmissor 300 e 900 estão no uso de saltador de banda 902 para acionar o gerador de sequência 901 através, neste exemplo, de bandas de frequência B: , B; e B. , a saber, B{0,1,2}, como mostrado na figura 11, e os processos de geração de sequência. Também é mostrado na figura 11 que cada banda inclui tons p e que a largura de banda para uma célula é W0. Neste exemplo, o gerador de sequência 901 gera a sequência de tom de acordo com um de vários processos. O gerador de sequência 301 gera as sequências de saltos em frequência. Especificamente, a sequência S, = {/e”1, /;; 1, . . ./:/1, - - - } é gerada, neste exemplo, de acordo com um de vários processos.

Uma sequência de Quadrado Latino é gerada por = {ak + Si)mod p + Bp, onde p, a e s: são números inteiros, p é um número primo ou uma potência de um número primo, B é a banda de frequência k é um índice de intervalo de tempo de permanência, e a periodicidade da sequência de Quadrado Latino é p, Uma sequência de Cubo Latino é gerada por , onde p, a e Si são número inteiros,Jp é um número primo ou uma potência de um número primo. B é a banda de frequência, ^ é o maior número inteiro menor do que k/p, k é um Índice de intervalo de tempo de permanência, e a periodicidade da sequência de Cubo Latino é p".

Um Hipercubo Latino, por exemplo, de dimensão L, é gerado por +si)modp+Bp , onde p, a e S; são números inteiros, p é um número primo ou uma potência de um número primo, B é a banda de frequência, é o maior número inteiro menor do que k/p1’1, k é um índice de intervalo de tempo de permanência, e a periodicidade da sequência de Hipercubo Latino é p1-1. A figura 10 mostra, em forma de diagrama em blocos simplificada, detalhes do receptor 1000 que pode empregar vantajosamente uma modalidade da invenção em uma aplicação de saltos em banda. Novamente, os elementos do receptor 1000 que são essencialmente idênticos em construção e funcionalidade àqueles mostrados na figura 4 para o receptor 400 foram similarmente numerados e não serão descritos novamente em detalhe. As únicas diferenças entre os receptores 400 e 1000 estão no uso de saltador de banda 902 para acionar o gerador de sequência 901 através, neste exemplo, das bandas de frequência Bo, Bi e B2, a saber, B{0,1,2} como mostrado na figura 11, e os processos de geração de sequência. O saltador de banda 902 e o gerador de sequência 901 são idênticos em construção e funcionalidade como aqueles mostrados na figura 9 e descritos acima. A figura 12 ilustra um instante de um sistema celular de variação de banda. Como exemplo simples, considere um próximo instante do sistema celular de variação de banda no qual as bandas de frequência na célula a1 são tais que as bandas de frequência Bo, Bi e B2 se tornam Bi, B2 e Bo, respectivamente. A seguir, por exemplo nas células a3 *7, as bandas de frequência giram de tal modo que as bandas de frequência Bo, Bi e B2 se tornam Bi, B2 e Bo, respectivamente. Consequentemente, não há colisão de bandas de frequência na vizinhança da célula.

Novamente, observe que o transmissor 900 e receptor 1000 formam um transceptor para uso em um sistema sem fio de acesso múltiplo OFDM de variação de banda, em unidades móveis ou em estações de base.

As modalidades acima descritas são, evidentemente, simplesmente ilustrativas dos princípios da invenção. Realmente, inúmeros outros métodos ou aparelhos podem ser projetados por aqueles versados no estado da técnica sem se afastar do espírito e âmbito da invenção.

Claims (9)

1. Aparelho para uso em um sistema sem fio de acesso múltiplo de espectro espalhado, compreendendo: um gerador de sequência (301) para gerar uma ou mais sequências, as sequências sendo usadas para representar sequências de tons; e caracterizado pelo fato de gue compreende: um atribui dor de sequência (302) para atribuir uma ou mais sequências de uma ou mais sequências prescritas em uma base de intervalo de tempo para intervalo de tempo, onde cada intervalo de tempo inclui um número prescrito de intervalos de tempo de permanência com cada Intervalo de tempo de permanência possuindo uma duração predeterminada e cada intervalo de tempo de permanência incluindo um ou mais tons prescritos, e em que as uma ou mais sequências prescritas são atribuídas de forma que <Pj = argmcrrz ψ} n [uf φ^-1\ onde <Pj = sj>Zf... , j é uma atribuição de sequência no j-ésimo intervalo de tempo com m, sequências atribuídas, de modo que, uma atribuição de sequência atual se sobrepõe de forma máxima às atribuições de sequência anteriores,

2. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que as uma ou mais sequências são atribuídas pela duração de um intervalo de tempo.

3. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o aparelho é para uso em um transmissor OFDM.

4. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o gerador de sequência gera sequências baseadas em cubo Latino.

5. Aparelho, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que as sequências geradas têm a forma 51 = , fflt..., f*', ...} e a sequência de cubo Latino é gerada pormod p, onde p, a e s; são números inteiros, p ê um número primo ou uma potência de um número primo, é o maior número menor do que k é um índice de intervalo de tempo de permanência, e a periodicidade da sequência de Cubo latino é p'.

6. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o gerador de sequência gera sequências baseadas em hipercubo Latino.

7. Aparelho, de acorde com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que as sequências geradas têm a forma S1= (/;. /í.. ,... j e a sequência de hipercubo Latino ·· 1 í é gerada por /.’· = <ybi - .v, >mod p onde p, a e sL sao .'-1 _pl números inteiros, p é um número primo ou urna potência de um número primo, é o maior número inteiro menor do que , k é um índice de intervalo de tempo de permanência, e a periodicidade da sequência de Hipercubo Latino é p'~*.

8. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por incluir ainda uma unidade de saltador de banda {902) para gerar uma pluralidade de bandas de frequência e para fornecer as bandas de frequência em uma sequência prescrita como uma saída, e em que o gerador de sequência é responsivo à sequência da pluralidade de bandas de frequência transmitidas para gerar uma ou mais sequências em uma banda de frequência fornecida.

9. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o aparelho é para uso em um receptor OFDM.