BRPI0315788B1 - transmissão piloto e sinalização de uplink em sistemas de comunicação sem fio - Google Patents

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Abstract

"transmissão piloto e sinalização de uplink em sistemas de comunicação sem fio". descreve-se técnicas para transmitir mais eficazmente piloto e sinalização no uplink em um sistema ofdm. com multiplexação de sub-banda, m sub-bandas utilizáveis no sistema são particionadas em q grupos desarticulados de sub-bandas. cada grupo de sub-bandas pode ser atribuído a um terminal diferente para transmissão piloto no uplink. vários terminais podem transmitir simultaneamente em suas sub-bandas atribuídas. a potência de transmissão para o piloto pode ser escalonada como mais elevada de modo a se alcançar a mesma energia total do piloto embora s em lugar de m sub-bandas sejam utilizadas na transmissão piloto por cada terminal. as transmissões de piloto dos terminais são recebidas, e uma estimativa de canal é obtida para cada terminal com base no piloto recebido nas sub-bandas atribuídas. a estimativa de canal compreende uma resposta para sub-bandas adicionais não incluídas no grupo atribuído. a multiplexação de sub-banda pode ser também utilizada na transmissão de sinalização no uplink.

Description

"TRANSMISSÃO DE PILOTO E SINALIZAÇÃO DE UPLINK EM SISTEMAS DE COMUNICAÇÃO SEM FIO" FUNDAMENTOS I. Campo da Invenção A presente invenção refere-se de maneira geral à comunicação de dados e, mais especificamente, a técnicas para transmitir informações de piloto e de sinalização (controle de taxa, por exemplo) no uplink em sistemas de comunicação sem fio. II. Fundamentos Sistemas de comunicação sem fio são amplamente utilizados de modo a fornecerem diversos tipos de comunicação, tais como voz, dados em pacote e assim por diante. Estes sistemas podem ser sistemas de acesso múltiplo capazes de suportar comunicação com múltiplos usuários seqüencial ou simultaneamente pela partilha dos recursos disponíveis do sistema. Exemplos de tais sistemas de acesso múltiplo incluem sistemas de acesso múltiplo por divisão de código (CDMA), sistemas de acesso múltiplo por divisão de tempo (TDMA) e sistemas de acesso múltiplo por divisão de freqüência ortogonal (OFDMA).
Um sistema OFDM emprega multiplexação por divisão de freqüência ortogonal (OFDM) de modo a particionar de maneira eficaz a largura de banda total do sistema em várias (N) sub-bandas ortogonais. Estas sub-bandas são também denominadas de tons, faixas de freqüência e sub-canais de freqüência. Cada sub-banda pode ser vista como um canal de transmissão independente que pode ser utilizado para transmitir dados.
Em um sistema de comunicação sem fio, um sinal modulado de RF de um transmissor pode chegar a um receptor através de um número de percursos de propagação. As características dos percursos de propagação variam tipicamente ao longo do tempo devido a numerosos fatores. Para um sistema OFDM, as N sub-bandas podem experimentar diferentes condições de canal e podem alcançar diferentes relações sinal/ruído (SNRs).
Uma estimativa precisa da resposta do canal sem fio entre o transmissor e o receptor é normalmente necessária para a transmissão eficaz de dados nas sub-bandas existentes. A estimativa de canal é tipicamente feita enviando-se um piloto do transmissor e medindo-se o piloto no receptor. Uma vez que o piloto é constituído por símbolos que são conhecidos previamente pelo receptor, a resposta do canal pode ser estimada como a relação dos símbolos piloto recebidos para os símbolos piloto transmitidos. A transmissão de piloto representa overhead em um sistema de comunicação sem fio. É portanto desejável minimizar a transmissão de piloto na medida possível.
Entretanto, por causa do ruído e de outros artefatos no canal sem fio, é necessário transmitir uma quantidade suficiente de piloto para que o receptor obtenha uma estimativa razoavelmente precisa da resposta do canal. Além do mais, uma vez que as contribuições dos percursos de propagação para a resposta do canal e os percursos de propagação propriamente ditos variam tipicamente ao longo do tempo, é necessário repetir a transmissão de piloto. A duração de tempo através da qual se pode presumir que o canal sem fio é relativamente constante é freqüentemente referida como tempo de coerência do canal. É necessário que as transmissões repetidas do piloto sejam afastadas entre si de maneira significativamente mais próxima que o tempo de coerência do canal, de modo a manter um desempenho elevado do sistema.
No downlink de um sistema de comunicação sem fio, uma única transmissão de piloto de um ponto de acesso {ou estação base) pode ser utilizada por vários terminais na estimativa da resposta dos canais distintos do ponto de acesso para cada um dos terminais. No uplink, é tipicamente necessário que o canal de cada um dos terminais até o ponto de acesso seja estimado através de transmissões de piloto separadas de cada um dos terminais.
Portanto, para um sistema de comunicação sem fio, pode ser necessário que vários terminais transmitam um piloto no uplink para um ponto de acesso. Além do mais, é necessário que as informações de sinalização, assim como, as informações de controle de taxa e confirmações para transmissões no downlink sejam enviadas no uplink. Se as transmissões no uplink forem feitas à maneira de multiplexação por divisão de tempo (TDM), então a cada terminal pode ser atribuída uma partição de tempo (time slot) distinta e cada terminal transmitiría então seu piloto e suas informações de sinalização na partição de > tempo atribuída. Dependendo do número de terminais ativos e da duração das partições de tempo, uma fração relativamente grande do tempo de transmissão no uplink pode ser absorvida pelas transmissões do piloto e de sinalização. Esta ineficiência na transmissão no uplink do piloto e das ) informações de sinalização é exacerbada no sistema OFDM, onde a capacidade de portar dados da menor unidade de transmissão (tipicamente um símbolo OFDM) pode ser bem grande. Há, portanto, necessidade na técnica de técnicas ) para transmitir piloto e informações de sinalização de maneira mais eficaz em sistemas de comunicação sem fio (como, por exemplo, sistemas OFDM).
SUMÁRIO São apresentadas aqui técnicas para transmitir de maneira mais eficiente piloto e sinalização no uplink em sistemas de comunicação sem fio. Com a multiplexação de sub-banda, as M sub-bandas utilizáveis em um sistema podem ser particionadas em Q grupos desunidos (disjoint) de sub-bandas, onde cada sub-banda é incluída em apenas um grupo, se o for de todo. Cada grupo de sub-bandas pode ser então atribuído a um terminal diferente. Múltiplos terminais podem transmitir simultaneamente em suas sub-bandas atribuídas.
Através da multiplexação de sub-banda, uma estimativa de canal precisa pode ser obtida para cada terminal para toda a banda utilizável com base na transmissão de piloto no uplink em apenas um pequeno subconjunto das sub-bandas utilizáveis. Se a energia total utilizada na transmissão de piloto em S sub-bandas for mantida de modo a ser igual à energia total de outro modo utilizada na transmissão de piloto em todas as M sub-bandas utilizáveis, então é possível utilizar a transmissão de piloto em apenas S sub-bandas de modo a interpolar de maneira precisa a resposta de canal para as demais M - S sub-bandas.
Uma modalidade provê um método para transmitir piloto no uplink em um sistema de comunicação sem fio {como, por exemplo, um sistema OFDM) com uma pluralidade de sub-bandas. De acordo com o método, M sub-bandas utilizáveis adequadas à transmissão de dados no sistema são inicialmente particionadas em Q grupos desunidos de sub-bandas. Os Q grupos podem incluir um número igual ou diferente de sub-bandas, e as sub-bandas em cada grupo podem ser distribuídas de maneira uniforme ou não uniforme através das M sub-bandas utilizáveis. Um grupo diferente de sub-bandas é atribuído a cada um de um ou mais terminais na transmissão de piloto no uplink. A transmissão de piloto é em seguida recebida de um terminal ou mais terminais nos grupos atribuídos de sub-bandas. Para cada terminal, a potência de transmissão para o piloto em cada sub-banda pode ser escalonada como mais elevada (como, por exemplo, por fator de Q), de modo que a mesma energia total do piloto seja alcançada apesar de a transmissão do piloto se dar através de S e não de M sub-bandas. 0 escalonamento da potência pode ser feito de modo que a potência de transmissão total disponível em cada terminal seja observada, as restrições à potência de transmissão (restrições reguladoras, por exemplo) sejam satisfeitas e os custos dos componentes de hardware sejam aumentados o mínimo (se o forem de todo). Uma estimativa de canal pode ser em seguida derivada para cada terminal com base no piloto recebido nas sub-bandas atribuídas ao terminal. A estimativa de canal para cada terminal pode cobrir uma ou mais sub-bandas adicionais não incluídas no grupo atribuído ao terminal. Por exemplo, a estimativa de canal pode incluir a resposta para todas as M sub-bandas utilizáveis. A multiplexação de sub-banda pode ser também utilizada na transmissão de informações de sinalização no uplink. As informações de sinalização podem compreender informações de controle de taxa utilizadas na transmissão de dados no downlink, confirmação (acknowledgment) de dados no downlink e assim por diante.
Diversos aspectos e modalidades são descritos mais detalhadamente a seguir.
BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS
Os recursos, a natureza e as vantagens da presente invenção se tornarão mais evidentes com a descrição detalhada apresentada a seguir, considerada em conjunto com os desenhos, nos quais as mesmas referências identificam os mesmos elementos por toda parte e nos quais: A figura 1 mostra um sistema OFDM que suporta vários usuários;
As figuras 2, 3 e 4 mostram uma estrutura de quadro, uma estrutura de sub-banda OFDM e uma estrutura de sub-banda OFDM que suporta multiplexaçâo de sub-banda, respectivamente; A figura 5 mostra um processo para transmitir piloto no uplink que utiliza multiplexaçâo de sub-banda; A figura 6 mostra uma estrutura de quadro que suporta multiplexaçâo de sub-banda para transmissão de piloto e sinalização no uplink; A figura 7 é um diagrama de blocos de um ponto de acesso e um terminal no sistema OFDM; e As figuras de 8A a 8C mostram esquemas de economias potenciais que podem ser feitas com a multiplexaçâo de sub-banda para transmissão de piloto e sinalização no uplink.
DESCRIÇÃO DETALHADA A palavra "exemplar" é utilizada aqui como significando "que serve como exemplo, caso ou ilustração". Uma modalidade ou projeto descrito aqui como "exemplar" não deve ser entendido necessariamente como preferido ou vantajoso com relação a outras modalidades ou projetos.
As técnicas descritas aqui para transmitir piloto e informações de sinalização podem ser utilizadas em diversos tipos de sistema de comunicação sem fio. Por exemplo, estas técnicas podem ser utilizadas em sistemas CDMA, TDMA, FDMA e OFDM. Estas técnicas podem ser também utilizadas em sistemas híbridos, como, por exemplo, um sistema OFDM TDM, que transmite piloto/sinalização e dados de tráfego utilizando multiplexaçâo por divisão de tempo, pelo que a OFDM é utilizada para piloto/sinalização, e outro esquema de transmissão é utilizado para dados de tráfego. Por razões de clareza, estas técnicas são descritas especificamente a seguir para um sistema OFDM. A figura 1 mostra o sistema OFDM 100, que suporta vários usuários. O sistema OFDM 100 inclui vários pontos de acesso (AP) 110, que suportam comunicação para vários terminais (T) 120. Por simplificação, apenas um ponto de acesso é mostrado na figura 1. Um ponto de acesso pode ser também denominado de estação base ou alguma outra terminologia.
Os terminais 120 podem ser dispersos por todo o sistema. Um terminal pode ser também denominado de estação móvel, estação remota, terminal de acesso, equipamento de usuário (UE), dispositivo sem fio ou alguma outra terminologia. Cada terminal pode ser um terminal fixo ou um terminal móvel que pode comunicar-se com um ou possivelmente múltiplos pontos de acesso no downlink e/ou uplink em qualquer dado momento. O downlink (ou link direto) refere-se à transmissão do ponto de acesso para o terminal, e o uplink (ou link reverso) refere-se à transmissão do terminal para o ponto de acesso.
Na figura 1, o ponto de acesso 110 comunica-se com os terminais de usuário de 120a a 120f através do ' downlink e uplink. Dependendo do projeto específico do sistema OFDM, um ponto de acesso pode comunicar-se com múltiplos terminais simultaneamente (como, por exemplo, através de múltiplas sub-bandas) ou sequencialmente (como, por exemplo, através de múltiplas partições de tempo). > A figura 2 mostra a estrutura de quadro 200, que pode ser utilizada para o sistema OFDM se uma única banda de freqüência for utilizada tanto para o downlink quanto para o uplink. Neste caso, o downlink e o uplink podem compartilhar a mesma banda de freqüência utilizando a duplexação por divisão de tempo (TDD).
Conforme mostrado na figura 2, as transmissões no downlink e no uplink ocorrem em unidades de "quadros MAC". Cada quadro MAC pode ser definido como cobrindo uma duração de tempo especifica. Cada quadro MAC é particionado na fase de downlink 210 e na fase de uplink 220. As transmissões no downlink para vários terminais podem ser multiplexadas utilizando-se multiplexação por divisão de tempo (TDM) na fase de downlink. De maneira semelhante, as transmissões no uplink de vários terminais podem ser multiplexadas utilizando-se a TDM na fase de uplink. Para a implementação de TDM especifica mostrada na figura 2, cada fase é também particionada em várias partições de tempo (ou simplesmente partições) 230. As partições podem ter durações fixas ou variáveis, e a duração da partição pode ser a mesma ou diferente para as fases de downlink e uplink. Para esta implementação de TDM especifica, cada partição* 230 na fase de uplink inclui um segmento de piloto 232, um segmento de sinalização 234 e um segmento de dados 236. O segmento 232 é utilizado para enviar um piloto de uplink do terminal para o ponto de acesso, o segmento 234 é utilizado para enviar sinalização (como, por exemplo, controle de taxa, confirmação e assim por diante), e o segmento 236 é utilizado para enviar dados.
As partições na fase de uplink de cada quadro MAC podem ser atribuídas para um ou mais terminais na transmissão de uplink. Cada terminal transmitiría então em sua(s) partição(s) atribuída(s). A estrutura de quadro 200 representa uma implementação específica que pode ser utilizada no sistema OFDM se apenas uma banda de. freqüência estiver disponível. Se duas bandas de freqüência estiverem disponíveis, então o downlink e o uplink podem ser transmitidos em bandas de freqüência separadas utilizando-se duplexação por divisão de freqüência (FDD). Neste caso, a fase de downlink pode ser implementada em uma banda de freqüência, e a fase de uplink pode ser implementada na outra banda de freqüência.
As técnicas de transmissão de piloto e sinalização descritas aqui podem ser utilizados tanto para a estrutura de quadro baseada na TDD quanto para a estrutura de quadro baseada na FDD. Por simplificação, estas técnicas são descritas especificamente para a estrutura de quadro baseada na TDD. A figura 3 mostra uma estrutura de sub-banda OFDM 300, que pode ser utilizada no sistema OFDM. O sistema OFDM tem uma largura de banda total de W MHz, que é particionada em N sub-bandas ortogonais através da OFDM. Cada sub-banda tem uma largura de banda de W/N MHz. Das N sub-bandas totais, apenas M sub-bandas são utilizadas na transmissão de dados, onde Μ < N. As restantes N - M sub-bandas não são utilizadas e funcionam como bandas de guarda, permitindo que o sistema OFDM satisfaça suas exigências de máscara espectral. As M sub-bandas "utilizáveis" incluem as sub-bandas deFaM+F-1.
Para a OFDM, os dados a serem transmitidos em cada sub-banda são primeiro modulados (isto é, mapeados nos símbolos) utilizando-se um esquema de modulação específico selecionado para utilização nessa sub-banda. Para as N - M sub-bandas não utilizadas, o valor do sinal é ajustado em zero. Para cada período de símbolos, os M símbolos de modulação e os N - M zeros para todas as sub-bandas são transformados no domínio do tempo com uma transformada de Fourier rápida inversa (IFFT) de modo a obter um símbolo transformado que compreende N amostras no domínio do tempo. A duração de cada símbolo transformado está inversamente relacionada com a largura de banda de cada canal. Por exemplo, se a largura de banda do sistema é W = 20 MHz e N = 256, então a largura de banda de cada sub-banda é 78,125 KHz e a duração de cada símbolo transformado é 12,8 μβ. OFDM pode apresentar determinadas vantagens, como, por exemplo, a capacidade de combater desvanecimento seletivo em freqüência, que é caracterizada por diferentes ganhos de canal a diferentes freqüências da largura de banda total do sistema. É notoriamente sabido que o desvanecimento seletivo em freqüência causa interferência inter-simbólica (ISI), que é um fenômeno pelo qual cada símbolo em um sinal recebido atua como distorção para os símbolos subsequentes no sinal recebido. A distorção pela ISI deteriora o desempenho pelo impacto que tem sobre a capacidade de detectar corretamente os símbolos recebidos. 0 desvanecimento seletivo em freqüência pode ser adequadamente combatido com a OFDM pela repetição de uma parte de (ou pela anexação de um prefixo cíclico a) cada símbolo transformado, de modo a formar um símbolo OFDM correspondente, que é então transmitido. A extensão do prefixo cíclico (isto é, a quantidade a ser repetida) para cada símbolo OFDM depende do espalhamento de retardo do canal sem fio. 0 espalhamento de retardo para um dado transmissor é a diferença entre a primeira e a última ocorrências de sinal que chegam em um receptor para o sinal transmitido por este transmissor. 0 espalhamento de retardo para o sistema é o pior caso de espalhamento de retardo esperado para todos os terminais no sistema. Para se combater de maneira eficaz a ISI, o prefixo cíclico deve ser mais extenso que o espalhamento de retardo.
Cada símbolo transformado tem uma duração de N períodos de amostra, onde cada período de amostra tem uma duração de {1/W) ps. 0 prefixo cíclico pode ser definido como compreendendo Cp amostras, onde Cp é um número inteiro selecionado com base no espalhamento de retardo esperado do sistema. Em particular, Cp é selecionado para ser maior ou igual ao número de derivações (L) para a resposta de impulso do canal sem fio {isto é, Cp > L). Neste caso, cada símbolo OFDM incluiria N + Cp amostras, e cada período de símbolo duraria N + Cp períodos de amostra.
Transmissão de Piloto no Uplink Em alguns sistemas OFDM, os pilotos são transmitidos no uplink pelos terminais de modo a permitir que o ponto de acesso avalie o canal de uplink. Se a estrutura de quadro TDD-TDM mostrada na figura 2 for utilizada, então cada terminal pode transmitir seu piloto de uplink no segmento de piloto de sua partição atribuída. Tipicamente, cada terminal transmite o piloto de uplink em todas as M sub-bandas utilizáveis e à potência de transmissão total. Isto permitiría então que o ponto de acesso avalie a resposta de canal de uplink através de toda a banda utilizável. Embora este esquema de transmissão de piloto no uplink seja eficaz, ela é também ineficiente, uma vez que uma fração relativamente grande da fase de uplink pode ser utilizada em transmissões de piloto por todos os terminais ativos. Os segmentos de piloto para todos os terminais ativos podem compreender uma grande fração da fase de uplink. São providas aqui técnicas para transmitir de maneira mais eficiente piloto no uplink no sistema OFDM. Para ser eficaz, é necessário que um esquema de transmissão de piloto seja projetado de modo que estimativas de canal precisas sejam obtidas para cada terminal ativo com base na transmissão de piloto no uplink a partir do terminal. Entretanto, descobriu-se que a qualidade das estimativas de canal é geralmente determinada pela energia total do piloto e não pela especificidade do esquema de transmissão de piloto. A energia total do piloto é igual à potência de transmissão utilizada para o piloto multiplicada pela duração de tempo da transmissão do piloto.
Uma estimativa de canal precisa pode ser obtida para toda a banda utilizável com base na transmissão do piloto em apenas S sub-bandas, onde S é selecionado de modo que Cp < S < M seja tipicamente muito menor que M. Uma técnica de estimativa de canal que tal é descrita no pedido de patente provisório US N- de série 60/422.638, no pedido de patente provisório US N- de série 60/422.362 e no pedido de patente US N- de série 10/340.130. De fato, pode-se mostrar que, se a energia total utilizada na transmissão do piloto nas S sub-bandas for igual à energia total utilizada na transmissão do piloto em todas as M sub-bandas, então é possível interpolar com precisão a resposta de canal para as demais M - S sub-bandas com base na transmissão do piloto nas S sub-bandas utilizando-se a técnica de estimativa de canal acima. Em outras palavras, se a energia total do piloto for a mesma, então a resposta de canal interpolada para as M - S sub-bandas teria tipicamente a mesma qualidade (o mesmo erro quadrático médio, por exemplo) da estimativa de canal obtida com base na transmissão do piloto em todas as M sub-bandas. A multiplexação de sub-banda pode ser utilizada para permitir que múltiplos terminais transmitam o piloto simultaneamente no uplink. De modo a implementar a multiplexação de sub-banda, as M sub-bandas utilizáveis podem ser particionadas em Q grupos desunidos de sub-bandas, de modo que cada sub-banda utilizável apareça em apenas um grupo, se o fizer de todo. Os Q grupos podem incluir o mesmo número ou um número diferente de sub- bandas, e as sub-bandas em cada grupo podem sei distribuídas de maneira uniforme ou não uniforme através das M sub-bandas utilizáveis. Também não é necessário utilizar todas as M sub-bandas dos Q grupos (isto é, pode-se omitir a utilização de algumas sub-bandas utilizáveis na transmissão de piloto) .
Em uma modalidade, cada grupo inclui S sub-bandas, onde S = Lm/qJ e S > Cp, onde "L J" denota o operador floor. 0 número de sub-bandas em cada grupo deve ser igual ou maior que o espalhamento de retardo Cp, de modo que os efeitos da ISI possam ser suavizadas e uma estimativa de canal mais precisa possa ser obtida. A figura 4 mostra uma modalidade de estrutura de piloto OFDM 400, que pode ser utilizada no sistema OFDM e que suporta multiplexação de sub-banda. Nesta modalidade, as M sub-bandas utilizáveis são inicialmente divididas em S conjuntos desunidos, com cada conjunto incluindo Q sub-bandas consecutivas. As Q sub-bandas em cada conjunto são atribuídas aos Q grupos, de modo que a i-ésima sub-banda em cada conjunto seja atribuída ao i-ésimo grupo. As S sub-bandas em cada grupo seriam então distribuídas de maneira uniforme através das M sub-bandas utilizáveis, de modo que as sub-bandas consecutivas no grupo sejam separadas por Q sub-bandas. As M sub-bandas podem ser também distribuídas para os Q grupos de algumas outras maneiras, e isto está dentro do escopo da invenção.
Os Q grupos de sub-bandas podem ser atribuídos para até Q terminais para transmissão de piloto no uplink. Cada terminal transmitiría então o piloto em suas sub-bandas atribuídas. Com a multiplexação de sub-banda, até Q terminais podem transmitir simultaneamente pilotos no uplink em até M sub-bandas utilizáveis. Isto pode reduzir consideravelmente a quantidade de tempo necessária à transmissão de piloto no uplink.
Para permitir que o ponto de acesso obtenha estimativas de canal de alta qualidade, cada terminal pode aumentar a potência de transmissão por sub-banda em um fator de Q. Isto resultaria em uma mesma energia total do piloto para a transmissão do piloto nas S sub-bandas atribuídas, como se todas as M sub-bandas fossem utilizadas na transmissão do piloto. A mesma energia total do piloto permitiría que o ponto de acesso estimasse a resposta de canal de toda a banda utilizável com base em um subconjunto das M sub-bandas utilizáveis com pouca ou nenhuma perda na qualidade, conforme descrito a seguir. O sistema OFDM pode operar em uma banda de freqüência que tem uma limitação de potência por MHz de P dBm/MHz e uma limitação de potência total de P-W dBm. Por exemplo, a banda UNII de 5 GHz inclui três bandas de freqüência de 20 MHz designadas como UNII-1, UNII-2 e UNII-3. Estas três bandas de freqüência têm limitações de potência de transmissão totais de 17, 24 e 30 dBm e limitações de potência por MHz de 4, 11 e 17 dBm/MHz, respectivamente. As restrições de potência por terminal podem ser selecionadas com base nas restrições de potência mais baixas para as três bandas de freqüência, de modo que a restrição de potência por MHz seja P = 4 dBM/MHz e a restrição de potência total seja P-W = 17 dBm.
Os grupos de sub-bandas podem ser formados de modo que a potência de transmissão total possa ser utilizada na transmissão de piloto no uplink mesmo se as restrições de potência por MHz e total forem impostas a cada terminal. Em particular, se o espaçamento entre as sub-bandas dentro de cada grupo for de aproximadamente 1 MHz, então cada terminal pode transmitir o piloto de uplink em todas as S sub-bandas atribuídas a ele a uma potência por banda de P dBm, e ainda assim sujeitar-se à restrição de potência por MHz. A potência de transmissão total para as S sub-bandas seria então igual a P*S dBm, que é aproximadamente igual a P-W dBm, uma vez que S » W devido ao espaçamento de 1 MHz. Em geral, as restrições de potência por MHz e total podem ser satisfeitas por um escalonamento apropriado desde que S > W, onde W é dado em unidades de MHz.
Em um sistema OFDM exemplar, a largura de banda do sistema é W = 20 MHz, N = 256 e M - 224. A estrutura de piloto OFDM inclui Q = 12 grupos, com cada grupo incluindo S = 18 sub-bandas. Para esta estrutura de piloto, 216 das 224 sub-bandas utilizáveis podem ser utilizadas simultaneamente na transmissão de piloto no uplink, e as 8 sub-bandas restantes não são utilizadas.
Em geral, a quantidade de potência de transmissão que pode ser utilizada para cada sub-banda em cada grupo depende de diversos fatores, tais como {1) as restrições de potência por MHz e total e (2) a distribuição das sub-bandas em cada grupo. Os terminais podem transmitir o piloto no uplink à potência total mesmo se o espaçamento entre as sub-bandas não for uniforme e/ou for inferior a 1 MHz. As quantidades especificas de potência a serem utilizadas nas sub-bandas seriam então determinadas com base na distribuição das sub-bandas entre os Q grupos. Por simplificação, as S sub-bandas em cada grupo são supostamente espaçadas entre si e separadas de maneira uniforme pelo afastamento mínimo necessário (como, por exemplo, pelo menos 1 MHz) . A figura 5 é um fluxograma de uma modalidade do processo 500 para transmitir piloto no uplink utilizando-se multiplexação de sub-banda. Inicialmente, as M sub-bandas utilizáveis são particionadas em Q grupos desunidos de sub-bandas {etapa 512) . Esta partição pode ser feita uma vez com base na carga esperada no sistema OFDM. Alternativamente, as M sub-bandas utilizáveis podem ser dinamicamente particionadas sempre que justificado por alterações na carga do sistema. Por exemplo, um número menor de grupos pode ser formado sob uma carga leve no sistema, e mais grupos podem ser formados durante a carga de pico do sistema. Seja como for, a partição é tal que a condição S > Cp é satisfeita para cada grupo.
Um grupo de sub-bandas é atribuído a cada terminal ativo para transmissão de piloto no uplink {etapa 514). A atribuição de sub-bandas pode ser determinada quando do estabelecimento da chamada ou posteriormente, e pode ser sinalizada ao terminal. Em seguida, cada terminal transmite piloto no uplink em suas sub-bandas atribuídas (etapa 522). Cada terminal pode também escalonar para cima a potência de transmissão utilizada na transmissão de piloto no uplink, com a quantidade de potência de transmissão utilizada para cada sub-banda sendo determinada com base nos diversos fatores referidos acima. A quantidade de potência de transmissão a ser utilizada para cada sub-banda (ou cada grupo de sub-banda) pode ser também especificada pelo ponto de acesso e sinalizada ao terminal juntamente com a atribuição de sub-bandas. O ponto de acesso recebe transmissões de piloto no uplink de todos os terminais ativos em todas ou em um subconjunto das M sub-bandas utilizáveis {etapa 532). 0 ponto de acesso processa em seguida o sinal recebido de modo a obter uma estimativa de canal por sub-banda para as sub-bandas atribuídas a cada terminal ativo (etapa 534) . Para cada terminal ativo, a estimativa de canal para toda a banda utilizável pode ser derivada a partir da estimativa de canal por sub-banda obtida para as sub-bandas atribuídas (etapa 536). A estimativa de canal para a banda utilizável total pode ser derivada a partir da estimativa de canal para um subconjunto das sub-bandas utilizáveis através de diversas técnicas. Uma técnica de estimação de canal que tal é descrita no pedido de patente provisório US N2 de série 60/422.638, no pedido de patente provisório US N2 de série 60/422.362 e no pedido de patente US N2 de série 10/340.130 antes mencionados. A estimativa de canal para toda a banda utilizável pode ser também derivada pela interpolação da estimativa de canal por sub-banda para um subconjunto das sub-bandas utilizáveis.
Para cada terminal ativo, a estimativa de canal para toda a banda utilizável pode em seguida ser utilizada na transmissão de dados no downlink e/ou uplink para/do terminal (etapa 538). A transmissão do piloto no uplink e a estimativa de canal são tipicamente feitas de maneira contínua durante uma sessão de comunicação, de modo a obter estimativas de canal atualizadas. 0 modelo para um sistema OFDM pode ser expresso da maneira seguinte: r = Η οχ + n , Eq (1) onde r é um vetor com N entradas para os simbolos recebidos nas N sub-bandas; x é um vetor com N entradas para os símbolos transmitidos nas N sub-bandas (algumas entradas podem incluir zeros); H é um vetor (N x 1) para a resposta de frequência de canal entre o ponto de acesso e o terminal; n é um vetor de ruído gaussiano branco aditivo (AWGN) para as N sub-bandas; e "o" denota ο produto de Hadmard (isto é, produto ponto a ponto, onde o i-ésimo elemento de r é o produto dos i-ésimos elementos de x e H) .
Presume-se que o ruído n tem média zero e uma variância de σ2.
Com multiplexação de sub-banda, cada terminal ativo transmite piloto em suas S sub-bandas atribuídas durante o intervalo de transmissão do piloto. 0 piloto transmitido para cada terminal pode ser denotado por um vetor (N x 1) xi, que inclui um símbolo-piloto para cada uma das S sub-bandas atribuídas e zeros para todas as demais sub-bandas. A potência de transmissão para o símbolo-piloto para cada sub-banda atribuída pode ser expressa como PUL = x2i,j, onde Xi,j é o símbolo-piloto transmitido na j-ésima sub-banda pelo terminal i. » meas Uma estimativa de canal por sub-banda —t para o terminal i pode ser expressa como: Êmeat.. , , -r,/x,=H,+iJ,/X| > Eq (2) A onde é um vetor (S x 1) e ai/b* = [ai/b i ... as/bs]r, que inclui relações para as S sub-bandas atribuídas ao terminal i. A estimativa de canal por sub-banda a mms —f pode ser determinada pelo ponto de acesso para o terminal i com base nos símbolos piloto recebidos e transmitidos para cada uma das S sub-bandas atribuídas ao terminal. A estimativa de canal por ^ nuas sub-banda é portanto indicativa da resposta de freqüência de canal para o terminal i para as S sub-bandas atribuídas.
Uma estimativa para H na equação (1) pode ser * meas obtida a partir da estimativa de canal por sub-banda —t através de várias técnicas. Uma técnica que tal, conforme observado acima, é descrita no pedido de patente provisório US N- de série 60/422.638, no pedido de patente provisório US N- de série 60/422.362 e no pedido de patente US N2 de série 10/340.130 antes mencionados.
Se todas as N sub-bandas forem utilizadas na transmissão de dados (isto é, Μ = N) , pode-se mostrar que o erro quadrático médio (MSE) para a estimativa de canal obtida com base na transmissão de piloto em apenas S sub-bandas através da técnica descrita nos pedido de patente provisório US N2 de série 60/422.638, pedido de patente provisório US N2 de série 60/422.362 e pedido de patente US N2 de série 10/340.130 antes mencionados é o mesmo que o MSE para a estimativa de canal obtida com base na transmissão de piloto em todas as N sub-bandas, se forem satisfeitas as condições seguintes: 1. Escolher S > Cp e S > W; 2. Distribuição uniforme das S sub-bandas em cada grupo através das N sub-bandas totais; e 3. Fixar a potência de transmissão para cada uma das S atribuídas N/S vezes mais elevada que a potência de transmissão média PaVg definida a seguir. A potência de transmissão total que pode ser utilizada na transmissão por um terminal é normalmente limitada pela menor de (1) a potência de transmissão total Ptotai do terminal (que pode ser limitada pelo amplificador de potência do terminal) e (2) a restrição de potência total P*W da banda operacional. A potência de transmissão média Pavg é então igual à menor de Ptotai/N e P*W/N. Por exemplo, PaVg = P‘W/N se a potência de transmissão total que pode ser utilizada pelo terminal for limitada por restrições reguladoras.
Se apenas um subconjunto das N sub-bandas totais for utilizado na transmissão de dados (isto é, Μ < N), que é o caso se algumas sub-bandas forem utilizadas como bandas de guarda, então o erro médio quadrático minimo (MMSE) só é obtido se S = M. Entretanto, verificou-se nos pedido de patente provisório US N- de série 60/422.638, pedido de patente provisório US N- de série 60/422.362 e pedido de patente US N- de série 10/340.130 antes mencionados que, se S « 1,1 Cp, então o MSE está próximo do MMSE.
Consequentemente, para o caso de S < Μ < N, o MSE é minimizado para a estimativa de canal obtida com base na transmissão de piloto em apenas S sub-bandas, se forem satisfeitas as condições seguintes: 1. Escolher S * 1,1 Cp e S > W; 2. Distribuir uniformemente as S sub-bandas em cada grupo através das M sub-bandas de dados; e 3. Ajustar a potência de transmissão para cada uma das S sub-bandas atribuídas N/S vezes mais elevada que a potência de transmissão média Pavg descrita acima.
Transmissão de Sinalização no Uplink Em muitos sistemas sem fio, pode ser necessário que os terminais enviem ao ponto de acesso informações de sinalização no uplink. Por exemplo, pode ser necessário que os terminais informem ao ponto de acesso a(s) taxa(s) a serem utilizadas na transmissão de dados no downlink, enviem confirmação para os pacotes de dados recebidos e assim por diante. As informações de sinalização compreendem tipicamente uma pequena quantidade de dados, mas pode ser necessário enviá-las oportunamente e possivelmente em uma base regular.
Em alguns sistemas, pode ser necessário enviar informações de controle de taxa no uplink de modo a indicar a taxa que pode ser utilizada no downlink para cada um de um ou mais canais de transmissão. Cada canal de transmissão pode corresponder a um sub-canal espacial (isto é, um automodo) em um sistema de múltiplas entradas e múltiplas saídas (MIMO), uma sub-banda ou sub-canal de freqüência em um sistema OFDM, uma partição de tempo em um sistema TDD e assim por diante. Cada terminal pode estimar o canal de downlink e determinar a taxa máxima que pode ser suportada por cada um dos canais de transmissão. As informações de controle de taxa para os canais de transmissão podem ser enviadas de volta ao ponto de acesso e utilizadas para determinar a taxa para a transmissão de dados no downlink para o terminal. As informações de controle de taxa podem apresentar-se sob a forma de ura ou mais códigos de taxa, cada um dos quais pode ser mapeado em uma combinação especifica de taxa de código, esquema de modulação e assim por diante. Alternativamente, as informações de controle de taxa podem ser providas sob alguma outra forma (como, por exemplo, a SNR recebida para cada canal de transmissão). Seja como for, as informações de controle de taxa para cada canal de transmissão podem compreender de 3 a 4 bits, e as informações de controle de taxa para todos os canais de transmissão podem compreender um total de 15 bits.
Como outro exemplo, pode ser necessário que as informações de resposta de canal ou de seletividade de freqüência sejam relatadas de volta ao ponto de acesso. 0 número de bits necessário para as informações de resposta de canal ou seletividade de freqüência pode depender da granularidade das informações que são enviadas (como, por exemplo, cada sub-banda, ou cada n-ésima sub-banda). São também providas aqui técnicas para transmitir de maneira mais eficiente informações de sinalização no uplink no sistema OFDM. As M sub-bandas utilizáveis podem ser particionadas em vários QR grupos desunidos, onde cada sub-banda utilizável aparece em apenas um grupo, se o fizer de todo. Os QR grupos podem incluir o mesmo ou um número diferente de sub-bandas. 0 agrupamento das sub-bandas utilizáveis para informações de sinalização no uplink pode ser o mesmo ou diferente do agrupamento das sub-bandas utilizáveis para transmissão de piloto no uplink. Cada grupo de sub-bandas pode ser alocado para um terminal na transmissão de sinalização no uplink. Múltiplos terminais podem transmitir informações de sinalização em suas sub-bandas atribuídas. A utilização da multiplexação de sub-banda para enviar informações de sinalização no uplink pode oferecer diversas vantagens. Por causa da capacidade relativamente grande de portar dados de um símbolo OFDM, pode ser extremamente ineficiente alocar símbolos OFDM inteiros para terminais ativos quando for necessário enviar apenas uma pequena quantidade de dados. Utilizando-se a multiplexação de sub-banda, o número de sub-bandas alocadas para cada terminal ativo pode ser comensurado com a quantidade de dados que é necessário enviar.
As economias proporcionadas pela multiplexação de sub-banda podem ser ainda maiores se a potência de transmissão por sub-banda for aumentada pelo número de terminais multiplexados juntos dentro do mesmo intervalo de tempo. A potência de transmissão por sub-banda mais elevada resultaria em uma SNR recebida mais elevada no ponto de acesso, que suportaria então um esquema de modulação de ordem mais elevada. Isto por sua vez permitiría que mais dados ou bits de informação fossem transmitidos em cada sub-banda. Alternativamente, a cada terminal podem ser atribuídas menos sub-bandas, de modo que mais terminais podem ser multiplexados juntos no mesmo intervalo de tempo. O número menor de sub-bandas pode prover a capacidade de portar dados necessária se um esquema de modulação de ordem mais elevada for utilizado. A multiplexação das sub-bandas pode ser também utilizada na transmissão de confirmação no uplink. Para alguns sistemas,· pode ser necessário enviar uma confirmação pelo receptor para confirmar a detecção correta ou incorreta de cada pacote recebido pelo receptor. A eficiência aperfeiçoada do sistema pode ser alcançada pela redução da granularidade da alocação de recursos para a transmissão de confirmação (isto é, pela atribuição de um grupo de sub-bandas em lugar de um símbolo OFDM inteiro a cada terminal). A quantidade de dados a serem enviados para confirmação pode diferir de terminal para terminal e também de quadro para quadro. Isto porque, tipicamente, cada terminal só envia confirmações para pacotes recebidos no quadro MAC atual/anterior, e o número de pacotes enviados a cada terminal pode diferir entre os terminais e ao longo do tempo. Em contraste, a quantidade de dados a serem enviados para controle de taxa tende a ser mais constante, i Vários esquemas podem ser utilizados para alocar sub-bandas para a transmissão no uplink de quantidades variáveis de sinalização (como, por exemplo, confirmação) entre terminais ativos. Em um esquema, as M sub-bandas utilizáveis são particionadas em vários Qa grupos l desunidos. Os Qa grupos podem incluir o mesmo ou um número diferente de sub-bandas. A cada terminal ativo pode ser atribuído um número variável de sub-bandas para transmissão de confirmação. Para este esquema, o número de sub-bandas atribuído a um dado terminal pode ser proporcional ao número de pacotes enviado ao terminal.
Em outro esquema, a cada terminal ativo é atribuído um número fixo de sub-bandas para transmissão de confirmação. Entretanto, o esquema de modulação utilizado por cada terminal não é fixo, mas pode ser selecionado com base nas condições de canal. Para um canal recíproco pelo qual o downlink e o uplink estão altamente relacionados, as capacidades de transmissão do downlink e do uplink estão relacionadas. Portanto, se mais pacotes puderem ser enviados no downlink dentro de um dado período de tempo por causa de condições de canal aperfeiçoadas, então as mesmas condições de canal podem suportar a transmissão de mais bits de informação no uplink em um dado intervalo de tempo. Portanto, pela alocação de um número fixo de sub-bandas para cada terminal ativo, mas permitindo-se que a modulação se adapte com base nas condições de canal, mais bits de confirmação podem ser enviados quando necessário.
De modo a simplificar a atribuição de sub-bandas a terminais ativos, as sub-bandas podem ser dispostas em grupos, e aos terminais podem ser atribuídos grupos de sub-bandas em lugar de sub-bandas individuais. Em geral, cada grupo pode incluir qualquer número de sub-bandas, dependendo da granularidade desejada para a atribuição de i sub-bandas. Como exemplo, 37 grupos de sub-bandas podem ser formados, com cada grupo incluindo 6 sub-bandas. A um dado terminal pode ser então atribuído qualquer número de grupos de sub-bandas, dependendo de sua exigência de dados.
Para um projeto de sistema OFDM específico, entre I 150 e 2000 bits podem ser transmitidos em dois símbolos OFDM para uma faixa de taxas suportadas pelo sistema. Esta faixa de taxas de bits é também alcançada supondo-se que uma potência de transmissão mais elevada é utilizada para cada sub-banda com multiplexação de sub-banda. Cada um dos 37 grupos de sub-bandas para o exemplo descrito acima pode ser então utilizado para enviar de 150/37 a 2000/37 bits para confirmações, dependendo das condições de canal. Portanto, o número fixo de sub-bandas em cada grupo pode enviar um número variável de bits para confirmação, dependendo da taxa selecionada para utilização, que por sua vez depende das condições de canal.
Pode haver ocorrências em que seja necessário que a potência de transmissão por sub-banda seja mantida ao mesmo nivel que para transmissão de dados. Esta situação pode surgir, por exemplo, se todas as sub-bandas utilizáveis forem alocadas para um único terminal. Entretanto, quando as sub-bandas tiverem capacidade menor de portar dados, a exigência quanto a isso é também correspondentemente menor. Dois símbolos OFDM podem ser adequados para dados de confirmação para todas as configurações de canal esperadas.
Em um esquema alternativo, os dados de confirmação são enviados juntamente com dados em pacote de uplink. Pode-se incorrer em um retardo adicional para os dados de confirmação se for necessário esperar que os dados em pacote sejam enviados no uplink. Se o retardo adicional for tolerável, então os dados de confirmação podem ser enviados essencialmente sem overhead, uma vez que a quantidade de dados de confirmação é tipicamente pequena e provavelmente se encaixará na parte de enchimento de um pacote de dados de uplink.
Em ainda outro esquema, os dados de confirmação são enviados juntamente com as informações de controle de taxa. O grupo de sub-bandas atribuído a cada terminal ativo para transmissão de controle de taxa pode ter uma capacidade de portar dados maior que o necessário para enviar as informações de controle de taxa. Neste caso, os dados de confirmação podem ser enviados na capacidade de portar dados excedente das sub-bandas alocadas para controle de taxa.
Quando a multiplexação das sub-bandas for utilizada na transmissão de informações de sinalização no uplink, o ponto de acesso pode processar o sinal recebido, de modo a recuperar individualmente a sinalização (como, por exemplo, a taxa de controle e a confirmação) enviada por cada terminal.
Estrutura de Quadro Exemplar com Multiplexação de Sub-banda A figura 6 mostra uma modalidade de estrutura de quadro 600, que suporta multiplexação de sub-banda para transmissão de piloto e sinalização no uplink. O quadro MAC é particionado na fase de downlink 610 e na fase de uplink 620. A fase de uplink é também particionada em um segmento de piloto 622, um segmento de sinalização 624 e em várias partições 630. A multiplexação de sub-banda pode ser utilizada para o segmento 622, de modo que vários terminais possam transmitir concomitantemente piloto no uplink neste segmento. De maneira semelhante, a multiplexação das sub-bandas pode ser utilizada para o segmento 624, de modo que vários terminais possam transmitir concomitantemente sinalização (como, por exemplo, informações de controle de taxa, confirmação e assim por diante) no uplink neste segmento. As partições 630 podem ser utilizadas na transmissão de dados em pacote, mensagens e demais informações. Cada partição 630 pode ser atribuída com ou sem multiplexação de sub-banda a um ou mais terminais ativos. Cada partição 630 pode ser também utilizada para enviar uma mensagem de overhead a vários terminais.
Diversas outras estruturas de quadro podem ser também designadas para utilização, e isto está dentro do escopo da invenção. Por exemplo, a fase de uplink pode incluir um segmento de controle de taxa utilizado para enviar informações de controle de taxa e um segmento de confirmação utilizado para enviar dados de confirmação. Como outro exemplo, o quadro pode ser particionado em múltiplas fases de uplink e downlink, e fases diferentes podem ser utilizadas para tipos diferentes de transmissão, tais como dados de tráfego, piloto, sinalização de taxa e confirmação.
Considerações sobre Implementação A multiplexação de sub-banda pode reduzir substancialmente a quantidade de recursos necessários para suportar a transmissão de piloto e sinalização no uplink, conforme quantificado a seguir. Entretanto, pode ser necessário considerar diversos fatores na implementação da multiplexação de sub-banda, tais como (1) a sinalização de overhead para a atribuição de sub-bandas aos terminais, (2) o deslocamento de temporização entre as transmissões no uplink recebidas dos terminais e (3) o deslocamento de freqüência entre as transmissões no uplink dos terminais. Cada um destes fatores é descrito mais detalhadamente a seguir.
Sinalização de Overhead A sinalização de overhead é necessária para conduzir a atribuição de sub-bandas a cada terminal. Para piloto e informações de controle de taxa, a cada terminal ativo pode ser atribuído um grupo de sub-bandas específico para cada um ou para ambos os tipos de transmissão de uplink. Esta atribuição pode ser feita durante o estabelecimento da chamada, e, tipicamente, não é necessário repetir ou alterar as sub-bandas atribuídas para cada quadro MAC.
Se houver 24 grupos de sub-bandas para até 24 terminais, então 5 bits seriam suficientes para identificar o grupo de sub-bandas especifico atribuído a um terminal. Estes 5 bits podem ser incluídos em uma mensagem de controle enviada a um terminal, de modo a colocá-lo em um estado ativo. Se a mensagem de controle tiver uma extensão de 80 bits, então os 5 bits para a atribuição de sub-bandas fariam aumentar a extensão da mensagem em aproximadamente 6%. A quantidade de sinalização de overhead seria maior se houvesse flexibilidade na formação dos grupos de sub-bandas e/ou se os grupos pudessem ser atribuídos dinamicamente aos terminais. Por exemplo, se o número de sub-bandas atribuídas à transmissão de confirmação pudesse alterar-se de quadro para quadro, então uma quantidade maior de sinalização de overhead seria necessária para conduzir a atribuição de sub-bandas.
Temporização no Uplink Os múltiplos terminais autorizados a transmitir concomitantemente através da multiplexação de sub-banda podem ser localizados por todo o sistema. Se estes terminais tivessem diferentes distâncias até o ponto de acesso, então os tempos de propagação para os sinais transmitidos destes terminais seriam diferentes. Neste caso, se os terminais transmitissem seus sinais ao mesmo tempo, então o ponto de acesso recebería os sinais destes terminais em tempos diferentes. A diferença entre o primeiro e o último sinais que chegam ao ponto de acesso dependería da diferença nos retardos de ida e volta para os terminais com relação ao ponto de acesso. A diferença nos tempos de chegada para os sinais de terminais diferentes interferiría na tolerância de espalhamento de retardo dos terminais mais afastados. Como exemplo, para um ponto de acesso com uma área de cobertura de 50 metros de raio, a diferença máxima nos tempos de chegada entre os sinais que chegam primeiro e por último é de aproximadamente 330 ns. Isto representaria uma parte significativa de um prefixo cíclico de 800 ns. Além do mais o efeito da tolerância de espalhamento de retardo diminuida é pior para os terminais às margens da área de cobertura, que estão muito necessitados de resiliência a espalhamento de retardo de multipercurso.
Em uma modalidade, de modo a dar conta da diferença nos retardos de ida e volta entre os terminais ativos, a temporização de uplink de cada terminal ativo é ajustada de modo que seu sinal chegue dentro de uma janela de tempo específica ao ponto de acesso. Um loop de ajuste de temporização pode ser mantido para cada terminal ativo e estimaria o retardo de ida e volta para o terminal. A transmissão no uplink a partir do terminal seria então adiantada ou retardada em um valor determinado pelo retardo de ida e volta estimado, de modo que as transmissões no uplink de todos os terminais ativos cheguem dentro da janela de tempo específica ao ponto de acesso. O ajuste de temporização para cada terminal ativo pode ser derivado com base na transmissão do piloto ou em alguma outra transmissão no uplink a partir do terminal. Por exemplo, o piloto no uplink pode ser correlacionado com uma cópia do piloto pelo ponto de acesso. O resultado da correlação é uma indicação de se o piloto recebido está adiantado ou atrasado com relação aos pilotos dos demais terminais. Um valor de ajuste de temporização de 1 bit pode ser então enviado ao terminal de modo a orientá-lo a adiantar ou retardar sua temporização em um valor específico {como, por exemplo, ± um período de amostra).
Deslocamento de Frecniência Se a multiplexação de sub-banda for utilizada para permitir a transmissão simultânea por múltiplos terminais em suas sub-bandas atribuídas, então os sinais de terminais próximos podem causar interferência substancial nos sinais de terminais distantes se todos os terminais transmitirem à potência total. Em particular, pode-se mostrar que o deslocamento de freqüência entre os terminais pode resultar em interferência entre sub-bandas. Esta interferência pode causar a degradação na estimativa de canal derivada de pilotos de uplink e/ou aumentar a taxa de erro de bits das transmissões de dados no uplink. Para mitigar os efeitos da interferência entre sub-bandas, os terminais podem ter sua potência controlada de modo que os terminais próximos não causem interferência excessiva nos terminais distantes. 0 efeito da interferência de terminais próximos foi investigado, e descobriu-se que o controle de potência pode ser aplicado de maneira grosseira para mitigar o efeito de interferência entre sub-bandas. Em particular, verificou-se que, se o deslocamento de freqüência máximo entre os terminais for de 300 Hz ou menos, então, limitando-se as SNRs dos terminais próximos a 40 dB ou menos, haveria uma perda de 1 dB ou menos nas SNRs dos demais terminais. Se o deslocamento de freqüência entre os terminais for de 1000 Hz ou menos, então é necessário limitar as SNRs dos terminais próximos a 27 dB de modo a assegurar 1 dB ou menos de perda nas SNRs dos demais terminais. Se a SNR necessária para alcançar a taxa mais elevada suportada pelo sistema OFDM for inferior a 27 dB, então limitar a SNR de terminais próximos a 27 dB (ou 40 dB) não teria qualquer impacto sobre as taxas de dados suportadas máximas para os terminais próximos.
As exigências de controle de potência grosseiro referidas acima podem ser alcançadas com uma malha de controle de potência lenta. Por exemplo, as mensagens de controle podem ser enviadas quando e conforme necessário para ajustar a potência de uplink dos terminais próximos (como, por exemplo, quando o nivel de potência se altera devido ao movimento destes terminais). Cada terminal pode ser informado do nível de potência de transmissão inicial a ser utilizado para o uplink quando acessa o sistema como parte do estabelecimento da chamada.
Os grupos de sub-bandas podem ser atribuídos aos terminais ativos de maneira a mitigar o efeito da interferência entre sub-bandas. Em particular, aos terminais com SNRs recebidas elevadas podem ser atribuídas sub-bandas próximas uma das outras. Aos terminais com SNRs recebidas baixas podem ser atribuídas sub-bandas próximas umas das outras, mas afastadas das sub-bandas atribuídas aos terminais com SNRs recebidas elevadas.
Economia de Overhead com Multiplexagão de Sub-banda A capacidade de ter até Q transmissões de piloto no uplink simultâneas reduz o overhead para piloto em um fator de até Q. 0 aperfeiçoamento pode ser significativo uma vez que a transmissão de piloto no uplink pode representar uma parte grande da fase de uplink. 0 grau de aperfeiçoamento pode ser quantificado para um sistema OFDM exemplar.
Neste sistema OFDM exemplar, a largura de banda do sistema é W = 20 MHz e N = 256. Cada período de amostra tem uma duração de 50 ns. Um prefixo cíclico de 800 ns (ou Cp = 16 amostras) é utilizado, e cada símbolo OFDM tem uma duração de 13,6 με (ou N + Cp = 272 amostras). O piloto de uplink é transmitido em cada quadro MAC, que tem uma duração de 5 ms ou 367 símbolos OFDM. É necessário que a transmissão de piloto de cada terminal tenha uma energia total de 4 períodos de símbolo x potência de transmissão total. Se houver K terminais ativos, então o número total de períodos de símbolo utilizados para transmissões de piloto sem multiplexação de sub-banda é 4*K. Para K = 12, 48 períodos de símbolo seriam utilizados na transmissão de piloto no uplink, o que representaria aproximadamente 13,1% dos 367 símbolos no quadro MAC. 0 overhead de piloto aumentaria para 26,2% do quadro MAC se houvesse K = 24 terminais ativos.
Se os K terminais ativos forem atribuídos a K grupos de sub-bandas e forem autorizados a transmitir o piloto no uplink simultaneamente, então apenas 4 períodos de símbolo seriam necessários em cada quadro MAC para o piloto no uplink. A utilização de multiplexação de sub-banda para o piloto de uplink reduz o overhead a 1,1% do quadro MAC para K = 12 e 2,2% para K = 24. Isto representa uma economia significativa de 12% e 24% para K = 12 e 24, respectivamente, no grau de overhead necessário para transmissão de piloto no uplink. A figura 8A mostra um gráfico do grau de economia na transmissão de piloto no uplink para um número diferente de terminais ativos no sistema OFDM exemplar descrito acima. Conforme mostrado na figura 8A, o grau de economia aumenta de maneira aproximadamente linear com o número de terminais. 0 grau de economia para um sistema OFDM exemplar que suporta QR transmissões de controle de taxa de uplink simultâneas pode também ser quantificado. Este sistema OFDM exemplar tem M = 224 sub-bandas utilizáveis e utiliza modulação BPSK com um código de taxa 1/3. 0 número de bits de informação por símbolo de modulação é 1/3, e aproximadamente 75 bits de informação podem ser enviados nas 224 sub-bandas utilizáveis para cada período de símbolo. Se cada terminal enviar 15 bits ou menos de informação de controle de taxa para cada quadro MAC, então aproximadamente 5 terminais podem ser acomodados simultaneamente no mesmo símbolo OFDM. Sem multiplexação de sub-banda, seria necessário atribuir 5 símbolos OFDM aos 5 terminais para suas informações de controle de taxa {onde cada símbolo OFDM conteria uma grande quantidade de enchimento para os bits não utilizados). Com multiplexação de sub-banda, as mesmas informações de controle de taxa podem ser enviadas dentro de um símbolo OFDM, o que representaria uma economia de 80%. O grau de economia com multiplexação de sub-banda é ainda maior para alguns modos de transmissão com diversidade. Para um esquema de diversidade de transmissão espaço-tempo (STTD) , cada par de símbolos de modulação (denotados como si e S2) é transmitido através de dois períodos de símbolo a partir de duas antenas de transmissão. A primeira antena transmite um vetor xi =[si s*2]T através de 2 períodos de símbolo, e a segunda antena transmite um vetor 52 = [>2 através dos 2 mesmos períodos de símbolo. A unidade de transmissão para STTD é, efetivamente, de dois símbolos OFDM. Com multiplexação de sub-banda, as informações de controle de taxa para 10 terminais podem ser enviadas em 2 símbolos OFDM, o que é substancialmente inferior aos 20 símbolos OFDM que seriam necessários se cada terminal transmitisse suas informações de controle de taxa em um par separado de símbolos OFDM. O grau de economia é ainda maior para um modo de transmissão com diversidade que utilize 4 antenas e tenha uma unidade de transmissão de 4 símbolos OFDM. Para este modo de transmissão com diversidade, 15 terminais podem ter suas sub-bandas multiplexadas em um período de 4 símbolos.
As informações de controle de taxa para os 15 terminais podem ser enviadas em 4 símbolos OFDM com multiplexação de sub-banda, o que é substancialmente inferior aos 60 símbolos OFDM que seriam necessários se cada terminal transmitisse suas informações de controle de taxa em um conjunto separado de quatro simbolos OFDM. A figura 8B mostra um gráfico do grau de economia na transmissão de controle de taxa no uplink para diferentes números de terminais ativos em um sistema OFDM exemplar. Para este sistema, até 12 terminais podem ser multiplexados em conjunto utilizando-se multiplexação de sub-banda. A cada terminal podem ser atribuídas 18 sub-bandas, com cada sub-banda capaz de portar 3 bits de informação. Os 12 terminais podem, cada um, transmitir 108 bits de informação em suas 18 sub-bandas atribuídas em 2 períodos de símbolo. Isto é muito inferior aos 24 períodos de símbolo que seriam requeridos pelos 12 terminais sem multiplexação de sub-banda. Se 12 terminais estiverem presentes, então uma economia de 22 símbolos pode ser alcançada, o que representa aproximadamente 6% do quadro MAC com 367 símbolos OFDM. E se 24 terminais estiverem presentes, então uma economia de 44 símbolos pode ser obtida, o que representa aproximadamente 12% do quadro MAC. Conforme mostrado na figura 8B, o grau de economia aumenta de maneira aproximadamente linear com o número de terminais. A figura 8C mostra gráficos do grau de economia resultante da multiplexação de sub-banda do piloto, controle de taxa e confirmação no uplink. No gráfico 812, o piloto e as informações de controle de taxa para vários terminais têm suas sub-bandas multiplexadas nos segmentos de piloto e controle de taxa, respectivamente. A confirmação não é considerada neste caso. No gráfico 814, o piloto, as informações de controle de taxa e a confirmação para múltiplos terminais são multiplexados nas sub-bandas nos segmentos de piloto, controle de taxa e confirmação, respectivamente.
Como se pode ver a partir dos esquemas da figura 8C, o grau de economia aumenta de maneira aproximadamente linear com o número de terminais multiplexados em conjunto. Além do mais, o grau de economia aumenta à medida que mais tipos de informação são multiplexados. Pode-se ver que a multiplexação de sub-banda pode reduzir substancialmente o grau de overhead para piloto e sinalização, de modo que mais dos recursos disponíveis pode ser vantajosamente utilizado na transmissão de dados.
Sistema A figura 7 é um diagrama de blocos de uma modalidade de um ponto de acesso HOx e do terminal 120x, que são capazes de suportar multiplexação de sub-banda para o uplink. No ponto de acesso HOx, dados de tráfego são fornecidos da fonte de dados 708 para um processador de dados TX 710, que formata, codifica e intercala os dados de tráfego de modo a fornecer dados codificados. A taxa de dados e a codificação podem ser determinadas por um controle de taxa e um controle de codificação, respectivamente, fornecidos pelo controlador 730. O modulador OFDM 720 recebe e processa os dados codificados e símbolos-piloto de modo a fornecer um fluxo de símbolos OFDM. O processamento pelo modulador OFDM 720 pode incluir (1) a modulação dos dados codificados de modo a formarem símbolos de modulação, {2) a multiplexação dos símbolos de modulação com símbolos-piloto, (3) a transformação dos símbolos de modulação e piloto de modo a obterem símbolos transformados e (4) a anexação de um prefixo ciclico a cada símbolo transformado de modo a formar um símbolo OFDM correspondente. A unidade transmissora (TMTR) 722 em seguida recebe e converte o fluxo de símbolos OFDM em um ou mais sinais analógicos e também condiciona (isto é, amplifica, filtra e converte ascendentemente (upconverts)) os sinais analógicos de modo a gerar um sinal modulado de downlink adequado para transmissão através do canal sem fio. 0 sinal modulado é então transmitido aos terminais através da antena 724.
No terminal 120x, o sinal modulado de downlink é recebido pela antena 752 e fornecido à unidade receptora (RCVR) 754. A unidade receptora 754 condiciona (isto é, filtra, amplifica e converte descendentemente (downconverts)) o sinal recebido e digitaliza o sinal condicionado de modo a fornecer amostras.
Um demodulador OFDM 756 em seguida remove o prefixo cíclico anexado a cada símbolo OFDM, transforma cada símbolo transformado recebido utilizando uma FFT e demodula os símbolos de modulação recebidos de modo a fornecer dados demodulados. Um processador de dados RX 758 decodifica então os dados demodulados de modo a recuperar os dados de tráfego transmitidos, que são fornecidos ao depósito de dados 760. 0 processamento do demodulador OFDM 756 e do processador de dados RX 758 é complementar ao executado pelo modulador OFDM 720 e pelo processador de dados TX 710, respectivamente, no ponto de acesso HQx.
Conforme mostrado na figura 7, o demodulador OFDM 756 pode derivar estimativas de canal e fornecer estas estimativas de canal ao controlador 770. O processador de dados RX 758 pode fornecer o estado de cada pacote recebido. Com base nos diversos tipos de informação recebidos do demodulador OFDM 756 e do processador de dados RX 758, o controlador 770 pode determinar ou selecionar uma taxa especifica para cada canal de transmissão. 0 piloto e as informações de sinalização (como, por exemplo, as taxas a serem utilizadas na transmissão de dados no downlink, as confirmações para os pacotes recebidos e assim por diante) no uplink podem ser fornecidos pelo controlador 770, processados pelo processador de dados TX 782, modulados pelo modulador OFDM 784, condicionados pela unidade transmissora 786 e transmitidos pela antena 752 de volta ao ponto de acesso HOx. O piloto e as informações de sinalização de uplink podem ser enviados em grupo(s) de sub-bandas atribuídos ao terminal 120x para estes tipos de transmissão.
No ponto de acesso HOx, o sinal modulado de uplink do terminal 120x é recebido pela antena 724, condicionado pela unidade receptora 742, demodulado pelo demodulador OFDM 744 e processado pelo processador de dados RX 74 6, de modo a recuperar o piloto e as informações de sinalização transmitidos pelo terminal. As informações de sinalização recuperadas são fornecidas ao controlador 730 e utilizadas para controlar o processamento da transmissão de dados de downlink ao terminal. Por exemplo, a taxa em cada canal de transmissão pode ser determinada com base nas informações de controle de taxa fornecidas pelo terminal, ou pode ser determinada com base nas estimativas de canal do terminal. A confirmação recebida pode ser utilizada para iniciar a retransmissão dos pacotes recebidos com erro pelo terminal. O controlador 730 pode derivar também a resposta de freqüência de canal melhorada para cada terminal com base no piloto de uplink transmitido nas sub-bandas atribuídas, conforme descrito acima.
Os controladores 730 e 770 orientam a operação no ponto de acesso e no terminal, respectivamente. As memórias 732 e 772 fornecem armazenamento para os códigos de programa e dados utilizados pelos controladores 730 e 770, respectivamente.
As técnicas de transmissão de piloto e sinalização no uplink descritas aqui podem ser implementadas por diversos dispositivos. Estas técnicas, por exemplo, ser implementadas em hardware, software ou uma combinação deles. Para uma implementação em hardware, os elementos utilizados para implementar qualquer uma ou uma combinação das técnicas podem ser implementados dentro de um ou mais circuitos integrados de aplicação especifica (ASICs), processadores de sinais digitais (DSPs), dispositivos de processamento de sinais digitais (DSPDs), dispositivos lógicos programáveis (PLDs), arranjos de portas programáveis em campo (FPGAs), processadores, controladores, microcontroladores, microprocessadores, outras unidades eletrônicas projetadas para executar as funções descritas aqui, ou uma combinação deles.
Para uma implementação em software, estas técnicas podem ser implementadas com módulos (como, por exemplo, procedimentos, funções e assim por diante) que executem as funções descritas aqui. Os códigos de software podem ser armazenados em uma unidade de memória (como, por exemplo, as unidades de memória 732 ou 772 da figura 7) e executados por um processador (como, por exemplo, o controlador 730 ou 770) . A unidade de memória pode ser implementada dentro do processador ou fora do processador, e neste caso ela pode ser acoplada comunicativamente ao processador por diversos dispositivos, conforme é conhecido na técnica.
Cabeçalhos são incluídos aqui para referência . e para ajudar na localização de determinadas seções. Estes cabeçalhos não se destinam a limitar o escopo dos conceitos descritos sob eles, e estes conceitos podem ter aplicabilidade em outras seções ao longo de todo o relatório. A descrição anterior das modalidades preferidas é apresentada para permitir que qualquer pessoa especializada na técnica crie ou faça uso da presente invenção. Diversas modificações nestas modalidades se tornarão prontamente evidentes aos versados na técnica, e os princípios genéricos definidos aqui podem ser aplicados a outras modalidades sem divergir do espírito ou escopo da invenção. Deste modo, a presente invenção não se destina a ser limitada às modalidades mostradas aqui, mas deve receber o mais amplo escopo compatível com os princípios e aspectos inéditos expostos aqui.
REIVINDICAÇÕES

Claims (21)

1. Método para atribuir sinais piloto para transmissão, caracterizado pelo fato de que compreende as etapas de: atribuir um primeiro grupo (Grupo 1) de sub-bandas para sinais piloto de um primeiro terminal (120a), em que cada sub-banda do primeiro grupo (Grupo 1) é não contígua com qualquer outra sub-banda do primeiro grupo (Grupo 1); e atribuir um segundo grupo (Grupo Q) de sub-bandas para sinais piloto de um segundo terminal (120b), em que cada sub-banda do segundo grupo (Grupo Q) é não contígua com qualquer outra sub-banda do segundo grupo (Grupo Q).
2. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que cada um dentre o primeiro grupo (Grupo 1) e o segundo grupo (Grupo Q) inclui um mesmo número de sub-bandas.
3. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que cada um dentre o primeiro grupo (Grupo 1) e o segundo grupo (Grupo Q) inclui um número diferente de sub-bandas.
4. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que pelo menos uma sub-banda no primeiro grupo (Grupo 1) é adjacente a pelo menos uma sub-banda no segundo grupo (Grupo Q).
5. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que cada sub-banda do primeiro grupo (Grupo 1) é espaçada de N sub-bandas a partir de uma sub-banda mais próxima do primeiro grupo (Grupo 1).
6. Método, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que cada sub-banda do segundo grupo (Grupo Q) é espaçada de M sub-bandas a partir de uma sub-banda mais próxima do segundo grupo (Grupo Q).
7. Método, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que N e M são iguais.
8. Método, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que N e M não são iguais.
9. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que cada sub-banda do primeiro grupo (Grupo 1) é distribuída uniformemente através de uma pluralidade de sub-bandas utilizáveis.
10. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que cada sub-banda do primeiro grupo (Grupo 1) é distribuída não uniformemente através de uma pluralidade de sub-bandas utilizáveis.
11. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que os sinais piloto são para transmissão de link direto.
12. Equipamento para atribuir sinais piloto para transmissão, caracterizado pelo fato de que compreende: dispositivos para atribuir um primeiro grupo (Grupo 1) de sub-bandas não contíguas para sinais piloto de um primeiro terminal (120a); e dispositivos para atribuir um segundo grupo (Grupo Q) de sub-bandas não contíguas para sinais piloto de um segundo terminal (120b).
13. Equipamento, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que cada um dentre o primeiro grupo (Grupo 1) e o segundo grupo (Grupo Q) inclui um mesmo número de sub-bandas.
14. Equipamento, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que cada um dentre o primeiro grupo (Grupo 1) e o segundo grupo (Grupo Q) inclui um número diferente de sub-bandas.
15. Equipamento, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que cada sub-banda do primeiro grupo (Grupo 1) é espaçada de N sub-bandas a partir de uma sub-banda mais próxima do primeiro grupo (Grupo 1).
16. Equipamento, de acordo com a reivindicação 15, caracterizado pelo fato de que cada sub-banda do segundo grupo (Grupo Q) é espaçada de M sub-bandas a partir de uma sub-banda mais próxima do segundo grupo (Grupo Q).
17. Equipamento, de acordo com a reivindicação 16, caracterizado pelo fato de que N e M são iguais.
18. Equipamento, de acordo com a reivindicação 16, caracterizado pelo fato de que N e M não são iguais.
19. Equipamento, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que cada sub-banda do primeiro grupo (Grupo 1) é distribuída uniformemente através de uma pluralidade de sub-bandas utilizáveis.
20. Equipamento, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que cada sub-banda do primeiro grupo (Grupo 1) é distribuída não uniformemente através de uma pluralidade de sub-bandas utilizáveis.
21. Equipamento, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que os sinais piloto são para transmissão de link direto.
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