Relatório Descritivo da Patente de Invenção: MÉTODO PARA
CONTROLE DE . POTÊNCIA E EQUIPAMENTO PARA CONTROLE DE PARÂMETRO EM SISTEMA DE COMUNICAÇÃO POR SATÉLITE.
HISTÓRICO DA INVENÇÃO I. Campo da Invenção A presente invenção está de um modo geral relacionada a sistemas de comunicação de espectro espalhado e mais particularmente a um método e um equipamento para ajustar parâmetros de sinais em tais sistemas, na presença de retardo no circuito ou loop de controle ou em trajeto na detecção do estado do sinal e uso de um elemento controlável para efetuar modificações no estado detectado. A invenção está também relacionada ao uso da potência de transmissão como um parâmetro que é controlado para minimizar a interferência entre transmissores que operam simultaneamente e para maximizar a qualidade de comunicações individuais. II. Descrição da Técnica Correlacionada Uma diversidade de sistemas e técnicas de comunicação de múltiplo acesso foi desenvolvida para a transferência de informações entre um grande número de usuários do sistema. No entanto, as técnicas de modulação de espectro espalhado, tais como as técnicas de espectro espalhado de múltiplo acesso por divisão de código (CDMA) propiciam vantagens significativas em relação a outros esquemas de modulação, especialmente quando se provê serviços para um grande número de usuários do sistema de comunicação. 0 uso de técnicas CDMA em sistemas de comunicações por múltiplo acesso está descrito na Patente U.S. No 4 901 307, expedida em 13 de fevereiro de 1990, intitulada "SPREAD SPECTRUM MULTIPLE ACCESS COMMUNICATION SYSTEM USING SATELLITE OR TERRESTRIAL REPEATERS" e no Pedido de Patente U.S. N- de Série 08/368 570, intitulado "METHOD AND APPARATUS FOR USING FULL SPECTRUM TRANSMITTED
POWER IN A SPREAD SPECTRUM COMMUNICATION SYSTEM FOR TRACKING INDIVIDUAL RECIPIENT PHASE TIME AND ENERGY", ambos em nome da Requerente da presente invenção e aqui incorporadas por referência.
Tais patentes descrevem sistemas de comunicação em que um grande número de usuários ou unidades de assinantes móveis ou remotas ("unidades móveis") empregam pelo menos um transreceptor para se comunicar com outras unidades móveis, ou usuários de outros sistemas conectados, tais como a rede pública de comutação telefônica. Os sinais de comunicação são transferidos ou através de repetidoras em satélites e "gateways" ou portais, ou diretamente para estações base terrestres (também algumas vezes denominadas como centrais celulares ou células).
Nas comunicações CDMA o espectro de freqüências pode ser reutilizado múltiplas vezes, permitindo desse modo um aumento no número de unidades móveis. 0 uso do CDMA resulta em uma eficiência espectral muito mais elevada do que a que pode ser conseguida pelo uso de outras técnicas de múltiplo acesso. No entanto, para maximizar a capacidade do sistema de comunicação como um todo e manter níveis aceitáveis de interferência mútua e qualidade de sinal, a potência de transmissão dos sinais dentro do sistema deve ser controlada de forma a manter, em um nível mínimo, a quantidade de energia necessária para qualquer link de comunicação. Pelo controle da potência de transmissão do sinal no ou próximo ao nível mínimo a interferência com outras unidades móveis é reduzida.
Nos sistemas de comunicação que empregam satélites, os sinais de comunicação tipicamente sofrem uma atenuação ou "fading" que é caracterizado como sendo Riciano. Assim, o sinal recebido consiste de uma componente direto somado com múltiplos componentes refletidos possuindo estatísticas Rayleigh de fading. A razão de potências entre o componente direto e os componentes refletidos é tipicamente da ordem de 6 a 10 dB, dependendo das características da antena da unidade móvel e do ambiente em que a unidade móvel está operando.
Em contraste aos sistemas de comunicação por satélite, os sinais de comunicação em sistemas terrestres de comunicação experimentam fading de sinal que tipicamente consiste apenas dos componentes refletidos, ou de Rayleigh, sem um componente direto. Dessa forma, os sinais de comunicação terrestres passam por um ambiente de atenuação mais severa que os sinais de comunicação por satélite em que o fading Riciano é a característica de atenuação predominante. 0 fading Rayleigh no sistema de comunicação terrestre é causado pelo fato de que os sinais de comunicação são refletidos por muitas características diferentes do ambiente físico. Como resultado, um sinal chega quase simultaneamente em um receptor de unidade móvel a partir de várias direções com diferentes retardos de transmissão. Nas bandas de freqüência de UHF usualmente empregadas pelas rádio comunicações móveis, incluindo àquelas de sistemas de telefonia móvel celular, podem ocorrer significativas diferenças de fase entre os sinais que percorrem diferentes trajetórias. A possibilidade de soma destrutiva dos sinais pode resultar em ocasionais atenuações profundas.
Para prover um canal totalmente dúplex para permitir que ambas as direções de uma conversação fiquem simultaneamente ativas, tal como é provido pelo sistema de telefonia por fios convencional, uma banda de freqüências é usada para um link de ida ou ligação enviada (forward link) - isto é, a transmissão a partir do transmissor do gateway ou central celular para o receptor da unidade móvel - e uma banda de freqüências diferente é utilizada para um link de volta ou ligação de retorno (reverse link) - isto é, a transmissão a partir do transmissor da unidade móvel para o receptor do gateway ou central celular. Tal separação de bandas de freqüências permite que o transmissor e o receptor de uma unidade móvel fiquem ativos simultaneamente sem retroalimentação ou interferência proveniente do transmissor para o receptor.
No entanto, o uso de diferentes bandas de freqüência apresenta significativas implicações em termos de controle de potência. 0 uso de diferentes bandas de freqüência implica em que o fading por múltiplas trajetórias (multipath) constitua processos independentes para as ligações enviada e de retorno. A perda em trajetória da ligação enviada não pode ser simplesmente medida e se presumir que a mesma perda em trajetória esteja presente na ligação de retorno.
Além disso, em um sistema de telefonia móvel celular, o telefone móvel pode se comunicar através de múltiplas centrais celulares tal como é descrito no Pedido Co-pendente de Patente U.S. N° de Série 07/433 030, depositado em 7 de novembro de 1989, entitulado "METHOD AND
SYSTEM FOR PROVIDING A SOFT HANDOFF IN COMMUNICATIONS IN A CDMA CELLULAR TELEPHONE SYSTEM", descrição esta que é aqui incorporada por referência. Nas comunicações com múltiplas centrais celulares, a unidade móvel e as centrais celulares incluem um esquema de múltiplos receptores, tal como descrito no pedido acima mencionado e adicionalmente detalhado no Pedido Co-pendente de Patente U.S. N2 de Série 07/432 552, também depositado em 7 de novembro de 1989 e entitulado "DIVERSITY RECEIVER IN A CDMA CELLULAR TELEPHONE SYSTEM", descrição esta que é aqui também incorporada por referência.
Um método para o controle de potência consiste em a unidade móvel ou o gateway inicialmente medir o nível de potência de um sinal recebido. Tal medição de potência é usada, juntamente com o conhecimento dos níveis de potência de transmissão da ligação enviada pelo transponder para cada satélite que está sendo utilizado e o conhecimento da sensibilidade do receptor da unidade móvel e do gateway, para estimar a perda em trajetória para cada canal da unidade móvel. A estação base ou o transreceptor da unidade móvel podem a seguir determinar a potência apropriada para ser usada para as transmissões de sinais para a unidade móvel, levando em consideração a estimativa de perda em trajetória, uma taxa de dados transmitida e uma sensibilidade do receptor do satélite. No caso da unidade móvel, pode ser feita uma requisição por mais ou menos potência em resposta a tais medições e determinações.
Concomitantemente, o gateway pode elevar ou reduzir a potência em resposta a tais requisições, ou em resposta a suas próprias medições.
Os sinais transmitidos pela unidade móvel para o satélite são repassados pelo satélite ao gateway e de um modo geral para um sistema de controle do sistema de comunicação. 0 gateway ou o sistema de controle mede a potência do sinal recebido a partir dos sinais transmitidos. 0 gateway a seguir determina o desvio ou afastamento do nível de potência recebida em relação a um mínimo necessário para manter o nível de conversação desejado. De preferência, o nível de potência mínimo desejado é aquele nível de potência necessário para manter comunicações com qualidade, reduzindo a interferência no sistema. 0 gateway a seguir transmite um sinal de comando de controle de potência para a unidade móvel de modo a ajustar ou efetuar uma "sintonia fina" da potência de transmissão da unidade móvel. Tal sinal de comando é usado pela unidade móvel para mudar o nível da potência de transmissão para mais próximo ao nível mínimo necessário para manter as comunicações desejadas. A medida que se modificam as condições do canal, tipicamente devido ao movimento da unidade móvel ou do satélite, a unidade móvel responde aos comandos de controle provenientes do gateway para ajustar continuamente o nível da potência de transmissão de modo a manter um nível de potência apropriado.
Em tal configuração, os comandos de controle provenientes do gateway são denominados como retroalimentação de controle de potência. A retroalimentação para controle de potência proveniente do gateway é de um modo geral bem lenta devido a retardos de propagação no percurso de ida e volta através dos satélites. Um retardo de propagação para o satélite, seja a partir da unidade móvel ou do gateway é da ordem de 4,7 a 13 ms. Isto resulta em um retardo de propagação (isto é, da unidade móvel para o satélite para o gateway ou do gateway para o satélite para a unidade móvel) de 9,4 a 26 ms para uma típica órbita de satélite em LEO (por exemplo, de aproximadamente 1410 km ou 879 mi). Dessa forma, um comando de controle de potência proveniente do gateway pode chegar à unidade móvel até 2 6 ms após ter sido enviado. De forma similar, uma mudança na potência transmitida efetuada pela unidade móvel em resposta ao comando de controle de potência é detectada pelo gateway até 26 ms após a mudança ter sido efetuada.
Dessa forma, um comando de controle de potência de transmissão sofre o retardo de propagação da viagem de ida e volta, bem como os típicos retardos de processamento, antes que os resultados de tal comando possam ser detectados pela unidade de medição. Infelizmente, em particular quando o retardo de propagação é elevado, um ajuste na potência de transmissão em resposta ao comando de controle de potência efetuado pela unidade móvel não irá ocorrer e ser detectado pelo gateway antes do próximo momento em que a potência recebida é medida no gateway.
Isto resulta no envio de outro comando de controle de potência para ajustar a potência de transmissão sem o benefício da implementação do comando de controle de potência anterior. Na realidade, dependendo do retardo de propagação e do tempo de interação do loop de controle de potência, vários comandos de controle de potência podem ficar pendentes ou "em propagação" antes que o primeiro comando de controle de potência seja respondido pela unidade móvel e os resultados detectados pelo gateway. Como resultado, a potência de transmissão oscila em torno de um ponto de ajuste ou "set point" no que é denominado como "ciclo limite" ("limit cycle") i Isto é, a potência de transmissão ultrapassa ou não alcança ("over- ou 'undershoots") uma quantidade desejada devido a retardos na chegada e implementação de comandos.
Uma possível solução para este problema é simplesmente aumentar o tempo de interação do loop de controle de potência, de forma a que ele se assemelhe mais aos retardos de propagação e processamento. No entanto, o impacto de atenuação rápida e bloqueios repentinos do sinal sofridos pelos sinais de comunicação requerem tempos de interação curtos para impedir a perda repentina do sinal.
Como resultado, a potência de transmissão pode repentina e desnecessariamente ser elevada, resultando em potência desperdiçada e maior interferência no sistema. 0 que se necessita é um método e equipamento que respondam rapidamente a mudanças na potência do sinal transmitido, ou outros parâmetros ou requisitos do sinal e compense o impacto dos retardos de propagação e processamento associados aos correspondentes comandos de controle. É desejável que tais método e equipamento demandem pouca complexidade adicional, modificações da estrutura de controle ou de protocolo nos gateways. A presente invenção está direcionada a um método e um equipamento úteis para ajustar parâmetros de sinal em um sistema de comunicação. Em particular, a presente invenção está direcionada a um método e um equipamento para ajustar a potência de transmissão em sistemas de comunicação, tais como aqueles que empregam satélites, que sofrem significativos retardos de propagação dos sinais. A presente invenção compensa o impacto dos retardos de propagação associados com o controle de um nível de potência de um sinal transmitido a partir de uma primeira estação (tal como um gateway) para uma segunda estação (tal como uma unidade móvel) pelo monitoramento dos sinais enviados a partir da segunda estação para a primeira estação para determinar um estado de propagação dos sinais transmitidos. Com base no estado de propagação é determinado um ganho de loop. 0 ganho de loop é usado para ajustar o porte dos comandos que controlam o nível de potência do sinal transmitido a partir da primeira estação para a segunda estação. Caso o estado de propagação indique que o canal de comunicação entre a segunda estação e a primeira estação está quiescente (isto é, não está mudando), o ganho de loop é ajustado para um. Se o estado de propagação indica que o canal de comunicação entre a segunda estação e a primeira estação está ativo (isto é, se modificando), o ganho de loop é ajustado para algum valor maior que um, desse modo ajustando o porte dos comandos de controle.
De acordo com uma modalidade da presente invenção, um detetor de estado determina o estado de propagação do canal de comunicação entre a segunda estação e a primeira estação. 0 detetor de estado determina se a magnitude da mudança no nível de potência dos sinais transmitidos a partir da segunda estação para a primeira estação supera um limite para cada um dentre uma série de períodos de tempo consecutivos (por exemplo, de interações do loop). Caso positivo, o detetor de estado indica o estado de propagação como o estado ativo. Caso contrário, o detetor de estado indica o estado de propagação como o estado quiescente.
Uma característica da presente invenção é a de que os sinais em um primeiro canal (isto é, aqueles sinais transmitidos a partir da primeira estação para a segunda estação) são controlados usando-se sinais transmitidos em um segundo canal (isto é, aqueles sinais transmitidos a partir da segunda estação para a primeira estação). Mais particularmente, o nível de potência de transmissão dos sinais no primeiro canal são controlados pelo monitoramento do nível de potência recebida dos sinais no segundo canal.
Por estarem os primeiro e segundo canais parcialmente correlacionados (especialmente com relação ao fading), uma mudança no estado de propagação de um sinal no segundo canal é presumida como sendo indicativa de uma mudança no estado de propagação de um sinal no primeiro canal. Tal hipótese permite que um loop de controle responda a mudanças no primeiro canal em tempo significativamente menor, em comparação a técnicas convencionais, pelo ajuste do ganho de loop.
BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS
As características, objetivos e vantagens da presente invenção ficarão mais claros através da descrição detalhada apresentada a seguir, quando tomada em conjunto com os desenhos, nos quais referências numéricas similares identificam itens correspondentes e nos quais: A Figura 1 ilustra um típico sistema de comunicação sem fio no qual é usada a presente invenção; A Figura 2 ilustra um exemplo de equipamento transreceptor para uso por um usuário móvel; A Figura 3 ilustra um exemplo de equipamento de transmissão e recepção para uso em um gateway; A Figura 4 ilustra uma transmissão de ligação enviada e ligação de retorno entre um gateway e um usuário móvel; A Figura 5 ilustra um loop de controle de ligação de retorno; A Figura 6 ilustra um loop de controle de ligação enviada; A Figura 7 é um gráfico que ilustra uma comparação exemplar entre os níveis de potência recebidos nas ligações enviada e de retorno quando os processos de trajetória de envio e de retorno estão correlacionados; A Figura 8 é um gráfico que ilustra uma comparação exemplar entre os níveis de potência recebidos nas ligações enviada e de retorno quando os processos de trajetória de envio e de retorno estão apenas parcialmente correlacionados; A Figura 9 ilustra loops de ligação enviada e de retorno que usam detetores de estado de acordo com uma modalidade da presente invenção; A Figura 10 ilustra um detetor de estado tal como usado com o loop de controle da ligação de retorno em maiores detalhes; A Figura 11 é um fluxograma que ilustra a operação de um loop de controle exemplar usando o ganho de loop da presente invenção; A Figura 12 é um fluxograma ilustrando a determinação do ganho de loop de acordo com a presente invenção; e A Figura 13 é um fluxograma que ilustra, em maiores detalhes, a determinação de um estado de propagação de acordo com uma modalidade da presente invenção.
DESCRIÇÃO DETALHADA DAS MODALIDADES PREFERIDAS A presente invenção é particularmente adequada para uso em sistemas de comunicação que empregam satélites de órbita terrestre baixa (LEO - Low Earth Orbit), No entanto, como ficará claro para os técnicos na área em questão, o conceito da presente invenção pode também ser aplicado a sistemas de satélites que não são utilizados para finalidades de comunicação. A invenção pode também ser aplicada a sistemas de satélites nos quais os satélites percorrem órbitas não LEO, ou a sistemas de repetidores não baseados em satélites, caso ocorra um retardo de propagação suficientemente grande dos sinais. A modalidade preferida da invenção será descrita em detalhes mais adiante. Apesar de serem descritas etapas, configurações e disposições especificas, deve ficar claro que tal é feito apenas com finalidades de ilustração. Os técnicos na área em questão irão constatar que outras etapas, configurações e disposições podem ser usadas sem afastamento do espirito e escopo da presente invenção. A presente invenção podería encontrar utilidade em uma diversidade de sistemas de informações e comunicações sem fio, incluindo aqueles destinados a sistemas de determinação de posição e de telefonia celular terrestre ou por satélites. Uma aplicação preferida é em sistemas de comunicação sem fio, de espectro espalhado, de CDMA, para serviços telefônicos móveis ou portáteis.
Um exemplo de sistema de comunicação sem fio em que a presente invenção é útil está ilustrado na Figura 1.
Considera-se que tal sistema de comunicação utiliza sinais de comunicação do tipo CDMA, porém tal não é requerido pela presente invenção. Em uma parte de um sistema de comunicação 100 ilustrado na Figura 1, são apresentados uma estação base 112, dois satélites 116 e 118 e dois gateways ou centrais associados 120 e 122 para efetuar comunicações com duas unidades móveis remotas 124 e 126. Tipicamente, as estações base e satélites / gateways são componentes de sistemas de comunicação separados, designados como sendo terrestres e baseados em satélites, apesar de tal não ser necessário. 0 número total de estações base, gateways e satélites em tais sistemas depende da capacidade desejada para o sistema e outros fatores bem conhecidos pelos técnicos na área.
As unidades móveis 124 e 126 incluem, cada uma, um dispositivo de comunicação sem fio tal como, porém não limitado a, um telefone celular, um transreceptor de dados ou dispositivo de transferência (por exemplo, computadores, assistentes de dados pessoais, fac-símiles), ou um receptor do tipo pager ou para determinação de posição, podendo ser portátil ou estar montado em um veículo, conforme desejado.
Tipicamente, tais unidades são portáteis ou montadas em veículos, conforme desejado. Aqui as unidades móveis são ilustradas na forma de telefones portáteis. No entanto, deve também ficar claro que os ensinamentos da invenção podem ser aplicados a unidades fixas ou outros tipos de terminais em que se deseja serviço sem fio remoto, incluindo locais "internos" bem como "ao ar livre".
Os termos estação base, gateway ou portal, central e estação fixa são algumas vezes usados de maneira intercambiável nesta área, sendo os gateways de um modo geral considerados como incluindo estações base especializadas que direcionam comunicações através de satélites. As unidades móveis são também designadas como unidades de assinante, terminais de assinante, estações móveis, ou simplesmente "usuários", "móveis", ou "assinantes", em alguns sistemas de comunicação, dependendo da preferência.
De um modo geral, os fachos ou emissões provenientes de satélites 116 e 118 cobrem diferentes áreas geográficas em disposições predefinidas. Os fachos com diferentes freqüências, também denominados como canais ou "sub-fachos" CDMA, podem ser direcionados para se sobrepor em uma mesma região. É também prontamente compreendido pelos técnicos na área que a cobertura do facho ou áreas de serviço para múltiplos satélites, ou estações base celulares, podem ser projetadas para se sobrepor completamente ou parcialmente em uma dada região, dependendo do projeto do sistema de comunicação e do tipo de serviço que está sendo oferecido e se está sendo conseguida diversidade espacial. Como exemplo, cada uma pode prover serviço para diferentes conjuntos de usuários com diferentes características em freqüência diferentes, ou uma dada unidade móvel pode utilizar múltiplas freqüências e/ou múltiplos provedores de serviço, cada um com coberturas geofísicas que se superpõem.
Uma diversidade de sistemas de comunicação com múltiplos satélites já foi proposta, com um exemplo de sistema empregando cerca de 48 ou mais satélites, percorrendo oito diferentes planos orbitais em órbitas LEO, para prestar serviço a um grande número de unidades móveis.
No entanto, os técnicos na área irão prontamente compreender como os ensinamentos da presente invenção podem ser aplicados a uma diversidade de configurações de sistemas de satélites e gateways, incluindo outras distâncias orbitais e constelações. Concomitantemente, a invenção pode ser igualmente aplicada a sistemas terrestres com várias configurações de estação base.
Na Figura 1 estão ilustradas algumas trajetórias possíveis para sinais, para comunicações sendo estabelecidas entre as unidades móveis 124 e 126 e a estação base 112, ou através de satélites 116 e 118, com os gateways 120 e 122. Os links de comunicação estação base - unidade móvel são ilustrados pelas linhas 130 e 132. Os links de comunicação satélite - unidade móvel entre os satélites 116 e 118 e as unidades móveis 124 e 126 estão ilustrados pelas linhas 140, 142 e 144. Os links de comunicação gateway - satélite, entre os gateways 120 e 122 e os satélites 116 e 118, estão ilustradas pelas linhas 146, 148, 150 e 152. Os gateways 120 e 122 e a estação base 112 podem ser usados como parte de sistemas de uma via ou duas vias (one way / two way) ou simplesmente para transferir mensagens ou dados para as unidades móveis 124 e 126.
Um exemplo de transreceptor 200 para uso em uma unidade móvel 106 está ilustrado na Figura 2. O transreceptor 200 usa pelo menos uma antena 210 para receber sinais de comunicação que são transferidos para um receptor analógico 214, onde eles são convertidos para recepção, amplificados e digitalizados. Um elemento duplexador 212 é tipicamente utilizado para permitir que a mesma antena sirva às funções de transmissão e recepção. No entanto, alguns sistemas empregam antenas separadas para operação em diferentes freqüências de transmissão e recepção.
Os sinais digitais de comunicação emitidos pelo receptor analógico 214 são transferidos para pelo menos um receptor de dados digital 216A e pelo menos um receptor pesquisador digital 218. Receptores de dados digitais adicionais 216B a 216N podem ser usados para a obtenção dos níveis desejados de diversidade de sinal, dependendo do nível aceitável de complexidade da unidade, como ficará claro para os técnicos na área em questão.
Pelo menos um processador de controle 220 de unidade móvel está acoplado aos receptores de dados digitais 216A a 216N e receptor pesquisador 218. O processador de controle 220 propicia, entre outras funções, o processamento básico de sinais, cronologia ou "timing", controle ou coordenação de potência e repasse e seleção da freqüência usada para os portadores de sinal. Outra função de controle básica amiúde efetuada pelo processador de controle 220 é a de seleção ou manipulação das seqüências de código PN ou funções ortogonais a serem usadas para o processamento de formas de onda do sinal de comunicação. O processamento de sinais pelo processador de controle 220 pode incluir uma determinação da força relativa de sinal e a computação de vários parâmetros de sinais relacionados.
Tais computações de parâmetros de sinais, tais como a cronologia e freqüência, podem incluir o uso de circuitos adicionais ou separados exclusivos para prover maior eficiência ou velocidade nas medições ou melhor alocação de recursos de processamento de controle.
As saídas dos receptores de dados digitais 216A a 216N estão acopladas a circuitos de banda base digital 222 no interior da unidade móvel. Os circuitos de banda base digital de usuário 222 compreendem elementos de processamento e apresentação usados para transferir informações de e para um usuário da unidade móvel. Isto é, elementos de armazenamento de sinais ou dados, tais como uma memória digital transiente ou de longa duração; dispositivos de alimentação e saída, tais como telas de display, alto falantes, terminais de teclado e auriculares; elementos A/D, vocodificadores e outros elementos de processamento de sinais de voz e analógicos; etc., formam todos partes dos circuitos de banda base digital de usuário 222 utilizando elementos bem conhecidos pelos técnicos na área. Caso seja empregado o processamento de sinal de diversidade, os circuitos de banda base digital 222 podem incluir um combinador de diversidade e decodificador.
Alguns desses elementos podem também operar sob o controle do, ou em comunicação com o, processador de controle 220.
Quando voz ou outros dados são preparados como uma mensagem a ser emitida ou sinal de comunicações originários da unidade móvel, os circuitos de banda base digital de usuário 222 são usados para receber, armazenar, processar e de outras formas preparar os dados desejados para transmissão. Os circuitos de banda base digital de usuário 222 provêem tais dados para um modulador de transmissão 226 que opera sob o controle do processador de controle 220. A saída do modulador de transmissão 226 é transferida para um controlador de potência 228 que provê controle de potência de saída· a um amplificador de potência de transmissão 230 para a transmissão final do sinal de saída a partir da antena 210 para um gateway. A unidade móvel 200 pode também empregar um ou mais elementos de precorreção, conforme desejado, na trajetória de transmissão para ajustar a freqüência dos sinais emitidos. Tal pode ser conseguido usando-se uma ou uma diversidade de técnicas bem conhecidas. A unidade móvel 200 pode também empregar um elemento de precorreção na trajetória de transmissão para ajustar o timing dos sinais emitidos, usando técnicas bem conhecidas de adição ou subtração de retardo na forma de onda de transmissão.
Informações ou dados correspondentes a um ou mais parâmetros de sinal medidos para sinais de comunicação recebidos, ou um ou mais sinais de recursos compartilhados, podem ser enviados para o gateway usando-se um diversidade de técnicas conhecidas pelos técnicos na área. Como exemplo, as informações podem ser transferidas na forma de um sinal de informações separado ou ser anexadas a outras mensagens preparadas pelos circuitos de banda base digital de usuário 222. Alternativamente, as informações podem ser inseridas na forma de bits de controle predeterminados pelo modulador de transmissão 226 ou pelo controlador de potência de transmissão 228 sob controle do processador de controle 220. Ver, por exemplo, as Patentes U.S. N22 5 383 219, entitulada "FAST FORWARD LINK POWER CONTROL IN A CODE DIVISION MULTIPLE ACCESS SYSTEM", emitida em 17 de janeiro de 1995, 5 396 516, entitulada "METHOD AND SYSTEM FOR THE
DYNAMIC MODIFICATION OF CONTROL PARAMETERS IN A TRANSMITTER POWER CONTROL SYSTEM", emitida em 7 de março de 1995, e 5 267 262, entitulada "TRANSMITTER POWER CONTROL SYSTEM", emitida em 30 de novembro de 1993. 0 receptor analógico 214 pode prover uma saída ou emissão indicando a potência ou energia nos sinais recebidos. Alternativamente, um detector de potência recebida 221 pode determinar tal valor por amostragem da saída do receptor analógico e processamento bem conhecidos pelos técnicos na área. Tais informações podem ser usadas diretamente pelo amplificador de potência de transmissão 230 ou pelo controlador de potência de transmissão 228 para ajustar a potência dos sinais transmitidos pelo usuário móvel 200.
Os receptores digitais 216A a N e o receptor pesquisador 218 estão configurados com elementos de correlação de sinal para demodular e seguir ou encontrar sinais específicos. 0 receptor pesquisador 218 é usado para procurar sinais piloto, ou outros sinais fortes de padrão relativamente fixo, enquanto que os receptores digitais 216A a N são usados para demodular outros sinais associados com os sinais piloto detectados. Portanto, as saídas ou emissões de tais unidades podem ser monitoradas para determinar a energia no, ou a freqüência do, sinal piloto ou outros sinais. Tais receptores empregam também elementos seguidores de freqüência que podem ser monitorados para prover a freqüência corrente e informações sobre o timing para o processador de controle 220 para os sinais que estão sendo demodulados.
Um exemplo de um equipamento de transmissão e recepção 300 para uso nos portais ou gateways 120 e 122 está ilustrado na Figura 3. A porção do gateway 120, 122 ilustrada na Figura 3 possui um ou mais receptores analógicos 314 conectados a uma antena 310 para receber sinais de comunicação que são a seguir convertidos para recepção (downconverted), amplificados e digitalizados usando-se vários esquemas bem conhecidos pelos técnicos na área. Múltiplas antenas 310 são usadas em alguns sistemas de comunicação. Os sinais digitalizados emitidos pelo receptor analógico 314 são providos na forma de entradas ou alimentações a pelo menos um módulo receptor digital, indicado de um modo geral por linhas tracejadas em 324.
Cada módulo de receptor digital 324 corresponde a elementos de processamento de sinal usados para gerenciar as comunicações entre um gateway 120, 122 e uma unidade móvel 124, 126, apesar de certas variações serem conhecidas pelos técnicos na área. Um receptor analógico 314 pode prover alimentações para muitos módulos de receptor digital 324 e vários de tais módulos são tipicamente usados nos gateways 102, 122, para acomodar todos os fachos de satélites e possíveis sinais de modos de diversidade que estejam sendo processados em um dado momento. Cada módulo de receptor digital 324 possui um ou mais receptores de dados digitais 316 e um receptor pesquisador 318. O receptor pesquisador 318 em geral procura por modos de diversidade apropriados de sinais diferentes dos sinais piloto. Quando implementados no sistema de comunicação, os múltiplos receptores de dados digitais 316A a 316N são usados para recepção de diversidade de sinal.
As saídas ou emissões dos receptores de dados digitais 316 são providas aos elementos de processamento de banda base 322 subsequentes, compreendendo equipamentos bem conhecidos pelos técnicos na área e não ilustrados aqui em maiores detalhes. Os exemplos de equipamentos de banda base incluem combinadores de diversidade e decodificadores para combinar sinais de múltiplas trajetórias em uma saída para cada assinante. Os exemplos de equipamentos de banda base incluem também circuitos de interface para prover dados de saída, tipicamente para um comutador digital ou rede.
No lado da alimentação, uma variedade de outros elementos conhecidos, tais como, porém não limitados a vocodifícadores, modems para dados e componentes para comutação e armazenamento de dados digitais podem formar uma parte dos elementos de processamento de banda base 322.
Tais elementos operam para processar, controlar, ou direcionar a transferência de sinais de voz e dados para um ou mais módulos de transmissão 334.
Os sinais a serem transmitidos para as unidades móveis são, cada um, acoplados a um ou mais módulos de transmissão 334 apropriados. Um gateway típico utiliza diversos desses módulos de transmissão 334 para prover serviços a várias unidades móveis 124, 126 de cada vez e para vários satélites e fachos de cada vez. 0 número de módulos de transmissão 334 usados pelo gateway 120, 122, é determinado por fatores bem conhecidos pelos técnicos na área, incluindo a complexidade do sistema, o número de satélites a vista, a capacidade do assinante, o grau de diversidade escolhido e similares.
Cada módulo de transmissão 334 inclui um modulador de transmissão 326 que modula em espectro espalhado os dados para transmissão. O modulador de transmissão 326 possui uma saída acoplada a um controlador de potência de transmissão digital 328, o qual controla a potência de transmissão usada para o sinal digital que está sendo emitido. O controlador de potência de transmissão digital 328 aplica um nível mínimo de potência com a finalidade de redução da interferência e alocação de recursos, porém aplica níveis apropriados de potência quando necessário para compensar a atenuação na trajetória de transmissão e outras características de transferência de trajetória. Pelo menos um gerador PN 332 é usado pelo modulador de transmissão 326 para espalhar os sinais. Tal geração de código pode também formar uma parte funcional de um ou mais processadores de controle ou elementos de armazenamento usados no gateway 122, 124. A saída do controlador de potência de transmissão digital 32 8 é transferida para um somador 336 onde ela é somada com as saídas provenientes de outros circuitos de controle de potência de transmissão. Tais saídas são sinais para transmissão para outras unidades móveis 124, 126, na mesma freqüência e dentro do mesmo facho que a emissão do controlador de potência de transmissão 328. A saída do somador 336 é provida a um transmissor analógico 338 para conversão de digital para analógico, conversão à freqüência portadora de RF apropriada, amplificação adicional e emissão para uma ou mais antenas 340 para irradiação às unidades móveis 124, 126. As antenas 310 e 340 podem ser a mesma antena, dependendo da complexidade e configuração do sistema.
Como no caso da unidade móvel 200, um ou mais elementos de precorreção ou precorretores podem ser dispostos na trajetória de transmissão para ajustar a freqüência de emissão com base em um Doppler conhecido para o link através do qual a comunicação é estabelecida. As técnicas ou elementos usados para ajustar a freqüência de sinais antes da transmissão são bem conhecidos pelos técnicos na área. Além disso, o mesmo ou outro precorretor pode operar para ajustar o timing de emissão com base em um retardo de propagação e Doppler de código conhecidos para o link através do qual a comunicação é estabelecida. As técnicas ou elementos usados para ajustar o timing dos sinais antes da transmissão são também bem conhecidos pelos técnicos na área.
Pelo menos um processador de controle de gateway 320 é acoplado aos módulos receptores 324, módulos de transmissão 334 e circuitos de banda base 322; tais unidades podem estar fisicamente separadas umas das outras. O processador de controle 320 propicia sinais de comando e controle para efetuar funções tais como, porém não limitadas a, processamento de sinais, geração de sinal de temporização ou timing, controle de potência, controle de repasse, combinação de diversidade e interfaceamento de sistemas. Além disso, o processador de controle 320 atribui códigos de espalhamento PN, seqüências de código ortogonais e transmissores e receptores específicos para uso nas comunicações de assinantes. O processador de controle 320 controla também a geração e a potência do piloto, sinais de sincronização e canal de chamada (paging) e seu acoplamento ao controlador de potência de transmissão 328. O canal piloto é simplesmente um sinal que não está modulado por dados e pode usar uma alimentação de padrão repetitivo sem mutações ou do tipo de estrutura de quadro não variável para o modulador de transmissão 326, transmitindo efetivamente somente os códigos de espalhamento PN aplicados a partir do gerador PN 332.
Apesar do processador de controle 320 poder estar acoplado diretamente aos elementos de um módulo, tal como o módulo de transmissão 324 ou o módulo de recepção 334, cada módulo de um modo geral compreende um processador especifico do módulo, tal como o processador de transmissão 330 ou o processador de recepção 321, que controla os elementos daquele módulo. Dessa forma, em uma modalidade preferida, o processador de controle 320 é acoplado ao processador de transmissão 330 e ao processador de recepção 321, tal como mostrado na Figura 3. Deste modo, um único processador de controle 320 pode controlar as operações de um grande número de módulos e recursos de forma mais eficiente. O processador de transmissão 330 controla a geração de, e a potência de sinal para, sinais piloto, de sincronização, de chamada (paging) e sinais de canal de tráfego, bem como seu respectivo acoplamento ao controlador de potência 328. 0 processador de recepção 321 controla a busca, os códigos de espalhamento PN para demodulação e o monitoramento da potência recebida.
Como comentado acima para o terminal de usuário, um detetor de potência recebida 323 pode ser usado para detectar a potência no sinal tal como determinada pelo receptor analógico 314, ou pelo monitoramento da energia nas emissões dos receptores digitais 316. Tal informação é provida ao controlador de potência de transmissão 328 para ajustar a potência de emissão como parte de um circuito ou "loop" de controle de potência, como será descrito em maiores detalhes a seguir. Tal informação pode também ser provida ao processador de recepção 321 ou ao processador de controle 320 conforme desejado. Tal informação pode também ser incorporada como uma função no processador de recepção 321.
Para certas operações, tais como a de controle de potência de recursos compartilhados, os gateways 120 e 122 recebem informações tais como a força do sinal recebido, medições de freqüência, ou outros parâmetros do sinal recebido provenientes de unidades móveis em sinais de comunicação. Tais informações podem ser derivadas a partir das saidas ou emissões moduladas dos receptores de dados 316 pelos processadores de recepção 321. Alternativamente, tais informações podem ser detectadas como ocorrendo em locais predefinidos nos sinais que estão sendo monitorados pelo processador de controle 320, ou processadores de recepção 321, e transferidas para o processador de controle 320. 0 processador de controle 320 pode usar tais informações para controlar o timing e a freqüência, bem como a potência de saída, de sinais que estão sendo transmitidos e processados usando os controladores de potência de transmissão 328 e o transmissor analógico 338.
Durante a operação do sistema de comunicação 100, um sinal de comunicação s(t), designado como um sinal de ligação enviada, é transmitido por um gateway (120, 122) para uma unidade móvel (124, 126) usando uma freqüência portadora gerada pelo gateway de Ao. O sinal de ligação enviada sofre retardos de tempo, um retardo de propagação, deslocamentos de freqüência devido ao Doppler e outros efeitos. O sinal de ligação enviada sofre tais efeitos primeiramente, enquanto transmitindo a partir de um gateway para os satélites (isto é, em uma porção no "uplink" do sinal de ligação enviada) e, em segundo lugar, quando da transmissão a partir dos satélites para as unidades móveis (isto é, em uma porção "downlínk" do sinal de ligação enviada) . Uma vez que o sinal seja recebido, ocorre um outro retardo no envio de um sinal de ligação de retorno, um retardo de propagação e o Doppler na transmissão da unidade móvel para o satélite (isto é, em uma porção no '''uplink" do sinal de ligação de retorno) e, novamente, do satélite para o gateway (isto é, em uma porção "downlink" do sinal de ligação de retorno)· A Figura 4 ilustra os diversos sinais transmitidos no sistema de comunicação 100 empregando uma ou mais repetidoras 116 em satélites. O gateway 120 transmite um sinal de ligação enviada 410 para a unidade móvel 124 através da repetidora em satélite 116. O sinal de ligação enviada 410 é constituído por uma porção de uplink 412 a partir do gateway 120 para a repetidora em satélite 116 e uma porção downlink 414 a partir da repetidora em satélite 116 para a unidade móvel 124. A unidade móvel 124 transite um sinal de ligação de retorno 420 para o gateway 120 através da repetidora em satélite 116. O sinal de ligação de retorno 420 é constituído por uma porção de uplink 422 a partir da unidade móvel 124 para a repetidora em satélite 116 e uma porção downlink 424 a partir da repetidora em satélite 116 para o gateway 120. A Figura 5 mostra um loop de controle da ligação de retorno 500. 0 loop de controle da ligação de retorno 500 é útil para controlar um parâmetro associado ao sistema de comunicação 100 e, de preferência, para controlar um nível de potência de sinais transmitidos no sistema de comunicação 100. O loop de controle da ligação de retorno 500 inclui um transmissor de unidade móvel 510, um primeiro bloco de retardo 520, um processo de canal de trajetória de retorno 530, um segundo bloco de retardo 540, um receptor de gateway 550 e um terceiro bloco de retardo 560. Em uma modalidade da presente invenção, o transmissor da unidade móvel 510 inclui as funções do loop de controle de potência no transreceptor 200, em particular aquelas do processador de controle 220 e do controlador de potência de transmissão digital 228, tal como mostrado na Figura 2. Além disso, com relação a tal modalidade da presente invenção, o receptor de gateway 550 inclui as funções do loop de controle de potência no módulo de recepção 324, processador de controle 320 e módulo de transmissão 334, tal como mostrado na Figura 3. A Figura 6 mostra um loop de controle da ligação enviada 600. 0 loop de controle da ligação enviada 600 é útil para controlar um parâmetro associado com o sistema de comunicação 100 e, de preferência, para controlar um nível de potência de sinais transmitidos no sistema de comunicação 100. O loop de controle da ligação enviada 600 inclui um transmissor de gateway 610, um segundo bloco de retardo 540, um processo de canal de trajetória de envio 630, um primeiro bloco de retardo 520, um receptor de unidade móvel 650 e um terceiro bloco de retardo 560, em uma modalidade da presente invenção, o transmissor de gateway 610 inclui as funções de loop de controle de potência no módulo de transmissão 334, em particular aquelas do processador de transmissão 330 e controlador da potência de transmissão 32.8 e o processador de controle 320, tal como mostrado na Figura 3. Além disso, com relação a tal modalidade da presente invenção, o receptor da unidade móvel 550 inclui as funções de loop de controle de potência no transreceptor 200, em particular aquelas do processador de controle 220, tal como mostrado na Figura 2. A operação do loop de controle da ligação de retorno 500 será agora descrita primeiramente com referência à Figura 5 e em segundo lugar com relação à Figura 4. O transmissor da unidade móvel 510 emite um sinal 515 (apresentado como xr(ti) na Figura 5) em um nível de potência de transmissão específico. Em uma modalidade preferida da presente invenção, o sinal 515 representa a porção "uplink" 422 do sinal de ligação de retorno 420 proveniente da unidade móvel 124 para o gateway 120. O sinal 515 sofre um retardo através do bloco de retardo 520 de τι. Como resultado do bloco de retardo 520, o sinal 515 é transformado em um sinal 525 (designado como xr(t-xO na Figura 5) . O sinal 525 corresponde ao sinal 515 retardado no tempo em τχ. P sinal 525 é recebido pelo processo de canal de trajetória de retorno 530. O processo de canal de trajetória de retorno 530 representa a atenuação e outros efeitos tais como o fading, a medida que o sinal 525 se propaga da unidade móvel 124 para o gateway 120. Em outras palavras, o processo de canal de trajetória de retorno 530 representa a função de transferência da atmosfera / meio ambiente através dos quais o sinal 525 passa a medida que ele se propaga da unidade móvel 124 para o gateway 120 através do satélite 116. Um sinal 535 (apresentado como yr(t-ti) na Figura 5) resulta do processo 530. Como fica claro, o sinal 535 representa o sinal 525 atenuado. A seguir, o sinal 535 é retardado pelo segundo bloco de retardo 540. O sinal 535 sofre um retardo através do segundo bloco de retardo 540 de t2. Como resultado do segundo bloco de retardo 540, o sinal 535 é transformado em um sinal 545 (apresentado como yr(t-Xi-x2) na Figura 5). O sinal 545 corresponde ao sinal 535 retardado no tempo por x2. 0 retardo t2 representa o retardo de propagação da porção downlink 424 do sinal de ligação de retorno 420 tal como foi acima descrito. 0 sinal 545 representa o sinal recebido pelo gateway 120 tal como transmitido a partir da unidade móvel 124. Em particular, o sinal 545 representa o sinal transmitido pela unidade móvel 124 após ele ter sido retardado por Χχ e x2 e atenuado de acordo com o processo 530. 0 receptor de gateway 550 recebe o sinal 545 e determina um nível de potência do sinal 545 de acordo com métodos bem conhecidos. Como foi comentado acima, é desejável que o nível de potência do sinal 545 chegue a um nível de potência mínima desejada. Como exemplo, caso o nível de potência do sinal 545 seja menor que o nível de potência desejado, o receptor de gateway 550 emite um comando de controle de potência que instrui o transmissor da unidade móvel 510 a aumentar a potência de transmissão do sinal 515. Por outro lado, caso o nível de potência do sinal 545 seja maior que o nível de potência desejado, o receptor de gateway 550 emite um comando de controle de potência que instrui o transmissor da unidade móvel 510 a reduzir a potência de transmissão do sinal 515.
Em uma modalidade preferida da presente invenção, o receptor de gateway 550 emite um comando de controle de potência de um único bit. Em outras palavras, o receptor de gateway 550 emite um comando de elevação de potência ou um comando de redução de potência. Uma descrição geral de tal sistema de controle de potência pode ser encontrada na Patente U.S. NH 5 396 516, emitida em 7 de março de 1995, entitulada "METHOD AND APPARATUS FOR THE DYNAMIC
MODIFICATION OF CONTROL PARAMETERS IN A TRANSMITTER POWER CONTROL SYSTEM", em nome da Requerente da presente invenção e aqui incorporada por referência. Em uma modalidade preferida da presente invenção, um comando de elevação de potência instrui o transmissor da unidade móvel 510 a aumentar a potência de transmissão do sinal 515 em uma quantidade fixa, por exemplo de 1 dB. Um comando de redução de potência instrui o transmissor da unidade móvel 510 a reduzir a potência de transmissão do sinal 515 em uma quantidade fixa, por exemplo de 1 dB. Deve ficar claro que uma quantidade fixa diferente de ajuste pode ser utilizada.
Também deve ficar claro que mais bits de comandos de controle de potência poderíam ser implementados, os quais iriam prover níveis variáveis de ajustes de controle de potência.
Além disso, em uma modalidade preferida da presente invenção, o receptor de gateway 550 emite um comando de elevação de potência quando o nível de potência do sinal 545 é menor que um nível de potência desejado. Em todos os outros momentos, o receptor de gateway 550 emite um comando de redução da potência. Deve ficar claro que níveis adicionais poderíam ser implementados que propiciariam um comando de potência zero quando o nível de potência recebida do sinal 545 estiver dentro de uma faixa específica de níveis de potência desejada.
Em outra modalidade da presente invenção, um comando de elevação da potência iria elevar o nível de potência do sinal 515 em uma primeira quantidade fixa e um comando de redução de potência iria reduzir o nível de potência do sinal 515 em uma segunda quantidade fixa, em que a primeira quantidade fixa é menor que a segunda quantidade fixa. Em tal modalidade, o loop de controle de ligação de retorno 500 reduziría o nível de potência do sinal 515 muito mais rapidamente do que ele iria elevar o nível de potência do sinal 515. Tal modalidade responde mais rapidamente para reduzir os níveis de potência de sinais no sistema de comunicação CDMA, o que, como foi acima mencionado, reduz uma quantidade de interferência que qualquer sinal específico sofre. O loop de controle da ligação enviada 600 na Figura 6 opera de uma maneira similar ao loop de controle da ligação de retorno 500 na Figura 5. 0 loop de controle da ligação enviada 600 sofre retardos de propagação similares entre o envio de comandos de controle de potência 655 e a detecção das respostas a tais comandos de controle de potência 655 na forma do sinal 645. Em particular, o loop de controle da ligação enviada 600 sofre retardos de propagação de Ti+^+Tí. Com base na descrição feita acima com relação ao loop de controle da ligação de retorno 500, os técnicos na área poderão compreender a operação do loop de controle da ligação enviada 600. Dessa forma, a operação do loop de controle da ligação enviada 600 não será descrita em maiores detalhes. A presente invenção propicia uma solução que pode ser usada por si só ou em conjunto com uma solução provida pelo pedido referente a "METHOD MD APPARATUS FOR PREDICTIVE PARMETER CONTROL WITH LOOP DELAY" que possui 0 N2 de Pedido PCT/US98/16571, depositado concomitantemente com o presente, em nome da Requerente da presente invenção e aqui incorporado por referência. Em particular, uma modalidade da presente invenção utiliza medições (por exemplo, nível de potência de um sinal recebido) obtidas a partir do loop de controle da ligação de retorno 500 para ajustar um ganho de loop de ligação enviada associado com o loop de controle da ligação enviada 600 e/ou medições obtidas a partir do loop de controle da ligação enviada 600 para ajustar um ganho de loop de ligação de retorno associado ao loop de controle da ligação de retorno 500.
Como foi acima descrito, a utilização de diferentes bandas de freqüência possui implicações significativas para o controle de potência.
Especificamente, o uso de diferentes bandas de freqüência leva os efeitos atmosféricos ou ambientais, tais como o fading, a ficar livremente correlacionados entre as bandas.
Quando espalhadores (scatterers) difusos causam o fading de múltiplas trajetórias, a entrada em fase de múltiplas reflexões irá produzir resultados independentes nas duas freqüências diferentes. No entanto, os impactos sobre o componente especular (o componente da linha de visão direta) tenderão a apresentar resultados algo correlacionados. Em outras palavras, caso o transmissor da unidade móvel 510 passasse por trás de uma parede de bloqueio que ofuscasse a linha direta de visão, os sinais associados com cada ligação enviada 410 e ligação de retorno 420, e portanto as duas freqüências de transmissão, seriam atenuados pela parede bloqueadora grosso modo ao mesmo tempo. No entanto, os espalhadores difusos ainda propiciariam reflexões independentes para compor o sinal total. O efeito principal de tal fenômeno é o de se ter independência entre as rápidas flutuações no processo do canal de trajetória de envio 630 e no processo do canal de trajetória de retorno 530 com alguma correlação no processo de fading lento eia geral associada com o componente de linha direta de visão.
Dessa forma, quando a linha direta de visão entre o transmissor da unidade móvel 510 e o satélite 116 está livre, o processo de fading tanto para o processo do canal de trajetória de envio 630 e o processo do canal de trajetória de retorno 530 será Riciano com um fator K razoavelmente elevado. Quando a linha de visão direta é ofuscada por vegetação, tal como por uma árvore, então a atenuação do componente da linha direta de visão irá induzir um processo de fading Riciano com um fator K mais baixo sobre arabos os canais 530 e 630. Finalmente, quando a linha de visão direta é bloqueada por um objeto sólido, o processo de fading se torna do tipo Rayleigh em ambos os canais 530 e 630. A Figura 7 ilustra como a diversidade de freqüência afeta um parâmetro, especificamente o nível de potência, entre processos que estão altamente correlacionados. A Figura 8 ilustra como a diversidade de freqüência afeta o mesmo parâmetro entre processos que estão pouco correlacionados. Na Figura 7, as rápidas flutuações mostram ser independentes entre os dois processos de canal 630, 730, com uma atenuação altamente correlacionada do componente de linha direta de visão. Tal efeito de canal é consistente com os efeitos de canal do usuário móvel 124 passando por trás de uma edificação que bloqueia a linha direta de visão para ambos os processos de canal 530, 630. Uma potência recebida de ligação enviada 910 representa um nivel de potência do sinal 645 recebido no receptor 650 da unidade móvel. Uma potência recebida de ligação de retorno 920 representa um nivel de potência do sinal 545 recebido no receptor 550 do gateway. Devido ao fato de que o efeito da passagem por trás de uma edificação está correlacionado para o componente de linha direta de visão, as potências recebidas 910, 920 apresentam perdas similares através dos efeitos 930 (por exemplo, se atenua).
Na Figura 8, o processo demonstra características não similares durante o processo de fading. Isto pode ser associado com o usuário móvel 124 passando por trás de uma estrutura que possui características relativamente pequenas. Os técnicos na área em questão notarão que a quantidade de atenuação do componente de linha de visão direta causada por uma obstrução está associada com a quantidade das primeiras poucas zonas Fresnel que são bloqueadas pelo objeto. O tamanho das zonas Fresnel é inversamente proporcional à freqüência de transmissão.
Dessa forma, uma estrutura pode bloquear uma porção significativa da primeira zona Fresnel na freqüência mais elevada. Devido ao maior tamanho das zonas Fresnel na freqüência mais baixa, esta mesma estrutura pode não bloquear um quantidade significativa em tal freqüência.
Dessa forma, os níveis de potência recebidos no receptor de gateway 550 e no receptor da unidade móvel 650 podem se assemelhar mais àqueles mostrados na Figura 8.
Especificamente, uma potência recebida da ligação enviada 820 representa um nível de potência do sinal 645 recebido pelo receptor da unidade móvel 650. Uma potência recebida de ligação de retorno 810 representa um nível de potência do sinal 545 recebido pelo receptor do gateway 550. Neste caso, devido ao fato de que os processos de canal 530, 630, não estão altamente correlacionados, as potências recebidas 810, 820, não apresentam perdas similares através do efeito 830 para permitir que medições obtidas no loop de controle de ligação enviada 600 sejam usadas diretamente no loop de controle da ligação de retorno 500, ou vice versa.
No entanto, a presente invenção não depende do grau em que as potências recebidas 810, 820, apresentam a mesma perda. Ao contrário, a presente invenção se baseia no fato de que caso um efeito, tal como o fading, está presente na ligação enviada 410, tal efeito muito provavelmente estará presente na ligação de retorno 420. A presente invenção detecta uma mudança em um estado de um sinal que se propaga através dos processos 530, 630, em um dos loops de controle, para ajustar um ganho de loop usado para mudar o nível de potência transmitido no outro loop.
Mais precisamente, caso o receptor de gateway 550 detecte uma mudança no "estado de propagação" do sinal 545 no loop de controle da ligação de retorno 500, então o transmissor do gateway 610 irá ajustar o tamanho do degrau do comando de controle 665 usado para modificar o nível de potência do sinal 615 transmitido pelo transmissor do gateway 610 no loop de controle da ligação enviada 600. De forma similar, caso o receptor da unidade móvel 650 detecte uma mudança no estado de propagação do sinal 645 no loop de controle da ligação enviada 600, o transmissor da unidade móvel 510 irá ajustar o tamanho do degrau do comando de controle 565 usado para modificar o nível de potência do sinal 515 transmitido pelo transmissor da unidade móvel 510 no loop de controle da ligação de retorno 500. Em uma modalidade preferida da presente invenção, uma mudança no estado de propagação é detectada pelo monitoramento do nível de potência do sinal, tal como será descrito em maiores detalhes a seguir. A descrição que se segue é provida com referência apenas ao loop de controle da ligação de retorno 500 por razões de clareza e brevidade. Ficará claro que tal descrição se aplica também ao loop de controle da ligação enviada 600. Em uma modalidade da presente invenção, o aumento do tamanho do degrau do comando de controle 565 é efetuado por meio de um ganho no loop. Em tal modalidade, o ganho de loop é usado para multiplicar o tamanho do degrau do comando de controle 565 antes que o comando de controle 565 seja usado para ajustar o nível da potência de transmissão do sinal 515. Como exemplo, caso o receptor da unidade móvel 650 detecte uma mudança no estado de propagação do sinal 645, o transmissor da unidade móvel 510 ajusta o ganho de loop por um fator predeterminado (por exemplo de 2). A seguir, o transmissor da unidade móvel 510 multiplica o comando de controle 565 pelo ganho de loop ajustado, desse modo aumentando o tamanho efetivo do degrau do comando de controle 565. A Figura 9 ilustra loops de controle de ligação enviada e ligação de retorno 600, 500, de acordo com uma modalidade da presente invenção. Em particular, a Figura 9 ilustra o receptor da unidade móvel 650 no loop de controle da ligação enviada 600 acoplado ao transmissor da unidade móvel 510 no loop de controle da ligação de retorno 500 através de um detetor de estado de unidade móvel 910 e o receptor do gateway 550 no loop de controle da ligação de retorno 500 acoplado ao transmissor do gateway 610 no loop de controle da ligação enviada 600 através de um detetor de estado do gateway 930.
De um modo geral, o detetor de estado de unidade móvel 910 recebe uma medição de potência 905 do sinal 645 recebido pelo receptor da unidade móvel 650. Com base em uma ou mais medições de potência 905, o detetor de estado da unidade móvel 910 determina se o processo de canal de trajetória de envio 630 está operando em um estado quiescente ou em um estado ativo. Com base em tal determinação, o detetor de estado da unidade móvel 910 emite um ganho de loop de controle de envio 915 a ser aplicado ao comando de controle 565 para desse modo ajustar uma quantidade de mudança no nível de potência do sinal 515 transmitido pelo transmissor da unidade móvel 510.
De forma similar, o detetor de estado 930 recebe uma medição de potência 925 do sinal 545 recebido pelo receptor do gateway 550. Com base em uma ou mais medições de potência 925, o detetor de estado do gateway 930 determina se o processo de canal de trajetória de retorno 530 está operando em um estado quiescente ou em um estado ativo. Com base em tal determinação, o detetor de estado do gateway 930 emite um ganho de loop de controle de retorno 935 a ser aplicado ao comando de controle 665 para desse modo ajustar uma quantidade de mudança no nível de potência do sinal 615 transmitido pelo transmissor da unidade móvel 610.
Com base na hipótese de que o processo de canal de trajetória de retorno 530 e o processo de canal dê trajetória de envio 630 transitam de forma similar entre os estados quiescente e ativo, os detetores de estado 910, 930, da presente invenção permitem que os loops de controle 500, 700 respondam aos efeitos 830 (tais como atenuações, etc.) de forma muito mais rápida que os loops de controle 500, 600 que operam sem os detetores de estado 910, 930.
Isto será descrito em maiores detalhes mais adiante. O estado quiescente e o estado ativo acima mencionados são também denominados coletivamente como estados de propagação (isto é, como os sinais estão se propagando através dos processos 530, 630). O estado de propagação quiescente corresponde a uma situação em que os processos 530, 630 representam transmissões diretas de linha de visão entre o gateway 120 e o satélite 118 e entre a unidade móvel 124 e o satélite 118. 0 estado de propagação ativo corresponde a situações em que os processos 530, 630 não possuem um forte componente de transmissão direta de linha de visão entre o gateway 120 e o satélite 118 e/ou entre a unidade móvel 124 e o satélite 118. 'Como foi acima mencionado, quando o componente de linha direta de visão é atenuado ocorre o fading. Isto resulta em agudas mudanças nos níveis de potência do sinal recebido as quais a presente invenção compensa. A presente invenção será agora descrita com relação à Figura 10. A Figura 10 ilustra o detetor de estado da unidade móvel 910 bem como porções relevantes do receptor da unidade móvel 650 e do transmissor da unidade móvel 510 em maiores detalhes. Apesar da descrição que se segue estar especificamente direcionada ao loop de controle de retorno 500 e ao detetor de estado da unidade móvel 910, ficará claro que a descrição se aplica também ao loop de controle de envio 600 e ao detetor de estado do gateway 930. O receptor da unidade móvel 650 inclui um detetor de nível de potência 1010. O detetor de nível de potência 1010 inclui os componentes no receptor de unidade móvel 650 que permitem que o receptor da unidade móvel 650 determine um nível de potência do sinal recebido 645 de acordo com técnicas bem conhecidas, como ficará claro. O detetor de nível de potência 1010 emite um nível de potência do sinal recebido 645 para o detetor de estado 910.
De um modo geral, o detetor de estado 910 determina o estado do processo de canal de trajetória de retorno 530. Em uma modalidade preferida da presente invenção, o detetor de estado 910 determina se o processo de canal de trajetória de retorno 530 está operando em um estado quiescente (isto é, em regime ou "steady state") ou em um estado ativo (isto é, um estado mutável). Com base no estado do processo de canal de trajetória de retorno 530, o detetor de estado 910 emite um ganho 915 para o transmissor da unidade móvel 510. O ganho 915 é usado para ajustar o ganho de loop usado para modificar a potência de transmissão do sinal 515. Caso o processo de canal de trajetória de retorno 530 esteja operando no estado quiescente, o detetor de estado 910 emite um ganho unitário para o ganho 915 (isto é, o tamanho do degrau para o comando de controle 565 permanece em um nivel "default" ou predeterminado) . Caso o processo de canal de trajetória de retorno 530 esteja operando no estado ativo, o detetor de estado 910 emite um ganho G para o ganho 915 (isto é, o tamanho do degrau para o comando de controle 565 é elevado por um fator de G). Em uma modalidade preferida da presente invenção, o detetor de estado 910 direciona o transmissor da unidade móvel 510 a elevar o tamanho do degrau do comando de controle 564 por um fator de 2 quando operando no estado ativo. Como fica claro, outros valores de G podem ser usados, dependendo dos parâmetros do sistema, tais como tamanho do degrau, retardos de tempo, atenuações de potência esperadas, etc. Além disso, como também fica claro, um G variável podería também ser usado dependendo, por exemplo, da magnitude de mudança no nível de potência do sinal transmitido 515 ou outros parâmetros do sistema. O transmissor da unidade móvel 510 recebe o ganho 915 proveniente do detetor de estado 910 e o comando de controle 565 proveniente do receptor do gateway 550. O transmissor da unidade móvel 510 aplica o ganho 915 ao comando de controle 565 para obter um comando de controle ajustado 1045. Em uma modalidade preferida da presente invenção, o transmissor da unidade móvel 510 multiplica o comando de controle 565 pelo ganho 915 através de um multiplicador 1040 para obter um comando de controle ajustado 1045. Outras modalidades da presente invenção usam lógica formadora de produto ou dispositivos e técnicas similares para perfazer a mesma tarefa. 0 comando de controle ajustado 1045 é recebido por um ajustador de nível de potência 1050 no transmissor da unidade móvel 510. 0 ajustador de nível de potência 1050 inclui aqueles componentes do controlador de potência de transmissão 328 que permitem que o transmissor da unidade móvel 510 ajuste o nível de potência do sinal transmitido 515 de acordo com técnicas bem conhecidas, como ficará claro. A Figura 10 ilustra uma modalidade do detetor de estado 910 da presente invenção. Em particular, a Figura 10 ilustra o detetor de estado 910 operando de acordo com um diagrama de estado 1020. 0 diagrama de estado 1020 inclui três estados: o estado X0, o estado Xi o estado X?.. O detetor de estado 910 é inicializado no estado X0 na partida. Em tal modalidade da presente invenção, as transições entre os estados são baseadas em uma mudança na medição do nível de potência 905 (também mostrada na Figura 10 como ΔΡ). Especificamente, nesta modalidade da presente invenção, as transições entre o estado quiescente e o estado ativo ocorrem com base em se duas mudanças consecutivas nas medições de nível de potência 905 superam, cada uma, um limite predeterminado (mostrado na Figura 10 como T).
Iniciando no estado X0, caso a mudança na medição de nível de potência 905 supera o limite predeterminado, o detetor de estado 910 passa do estado X0 para o estado Χχ.
Caso a mudança na medição de nível de potência 905 não supera o limite predeterminado, o detetor de estado 910 permanece no estado X0 e ali permanece até que o limite predeterminado seja superado.
Do estado Χχ, caso a mudança na medição de nível de potência 905 supere o limite predeterminado, o detetor de estado 910 passa do estado Χχ para o estado X2. Caso a mudança na medição de nível de potência 905 não supere o limite predeterminado, o detetor de estado 910 volta ao estado X0.
Do estado X?, enquanto a mudança na medição de nível de potência 905 continue a superar o limite predeterminado, o detetor de estado 910 permanece no estado X2. Caso a mudança na medição de nível de potência 905 não supere o limite predeterminado, o detetor de estado 910 volta ao estado X?.
Enquanto o detetor de estado 910 estiver no estado X0 ou no estado Xi, o detetor de estado emite o ganho 915 como um ganho unitário. De acordo com esta modalidade da presente invenção, o estado X0 e o estado Xi indicam que o processo de canal de trajetória de retorno 530 está operando no estado quiescente. Neste caso, o tamanho do degrau dos comandos de controle 565 não deve ser alterado.
Quando o detetor de estado 910 estiver no estado X2, o detetor de estado 910 emite o ganho 915 como G. De acordo com esta modalidade da presente invenção, o estado X? indica que o processo de canal de trajetória de retorno 530 está operando no estado ativo. Neste caso, o tamanho do degrau dos comandos de controle 565 deve ser elevado por um fator de G. A Figura 10 ilustra uma expressão de uma modalidade da presente invenção. Como ficará claro, existem outras expressões da mesma modalidade (isto é, diferentes de um diagrama de estado). Como exemplo, o pseudo código a seguir representa uma expressão diferente de uma modalidade similar da presente invenção: se { (| (NíveldePotênciak-NíveldePotênciak-i) I >Limite) e (| (NíveldePotênciak-i-NíveldePotênciak-2) ]>Limite))) então Ganho = G se não Ganho = 1 em que NíveldePotênciat é a i-ésima medição do nível de potência.
Como fica claro, poderíam ser usados números adicionais de mudanças consecutivas nas medições de nível de potência 905 que superem o limite predeterminado. Como exemplo, a existência de quatro mudanças consecutivas nas medições de nível de potência 905 que superam o limite predeterminado podería ser usada para indicar uma mudança entre o estado quiescente e o estado ativo. Poderíam também ser usados outros números.
Como fica claro, o limite predeterminado é ajustado com base em vários parâmetros do sistema. Tais parâmetros incluem, porém não se limitam a, retardos de propagação, taxa de interação do loop, tamanho do degrau de comando e mudanças esperadas nos níveis de potência, etc. A presente invenção será agora descrita em termos dos fluxogramas ilustrados na Figura 11 e Figura 12. A
Figura 11 é um fluxograma que ilustra a operação de um loop de controle exemplar similar aos loops de controle 500 e 600. A Figura 12 é um fluxograma que ilustra a operação de um detetor de estado exemplar similar aos detetores de estado 910 e 930.
Fazendo agora referência à Figura 11, em uma etapa 1110, uma primeira estação recebe um sinal transmitido a partir de uma segunda estação. O sinal recebido pela primeira estação pode ser qualquer sinal que seja enviado da segunda estação para a primeira estação cujo nível de potência se deseja controlar. Em uma etapa 1120, a primeira estação mede o nível de potência do sinal recebido de acordo com técnicas bem conhecidas. Em uma etapa 1130, a primeira estação gera um comando de controle que direciona a segunda estação a ajustar o nível de potência do sinal transmitido pela segunda estação. Como foi acima descrito, em uma modalidade preferida da presente invenção, o comando de controle indica que o nível de potência deve ser ajustado por um tamanho de degrau predeterminado. Como fica claro, outras modalidades podem usar tamanhos de degrau variáveis.
Em uma etapa 1140, a primeira estação transmite o comando de controle para a segunda estação. Em uma etapa 1150, a segunda estação multiplica o comando de controle recebido por um fator de ganho de loop para determinar um ajuste no nível de potência do sinal transmitido. Em uma etapa 1160, a segunda estação ajusta o nível de potência do sinal transmitido pelo ajuste determinado na etapa 1150.
Fazendo agora referência à Figura 12, em uma etapa 1210 a segunda estação recebe um sinal transmitido a partir da primeira estação. Tal sinal é diferente do sinal acima descrito com referência à Figura 12. Tal sinal pode ser qualguer sinal transmitido a partir da primeira estação para a segunda estação cujo nível de potência pode ser efetivamente monitorado. Tal sinal não precisa ser um sinal cujo nível de potência se deseja controlar. Tal sinal deve apenas ser indicativo do processo através do qual os sinais são transmitidos entre as primeira e segunda estações.
Em uma etapa 1220, a segunda estação monitora o nível de potência do sinal recebido da primeira estação. Em uma modalidade da presente invenção, a segunda estação mede o nível de potência do sinal recebido. Em outra modalidade da presente invenção, a segunda estação compara o sinal a um ou mais limites. Em uma modalidade preferida da presente invenção, a segunda estação mede o nível de potência do sinal recebido e determina mudanças no nível de potência entre amostras subsequentes do sinal. Como fica claro, outras modalidades podem usar outras técnicas para monitorar o nível de potência do sinal recebido.
Em uma etapa 1230, a segunda estação determina um estado de propagação associado com o sinal recebido com base no nível de potência monitorado. Em outras palavras, a segunda estação determina se o processo através do qual o sinal foi transmitido está operando em um estado quiescente ou em um estado ativo, tal como acima descrito.
Em uma etapa 1240, a segunda estação ajusta o ganho de loop com base no estado de propagação determinado na etapa 1230. Como foi acima descrito, se o estado de propagação estiver no estado quiescente, o ganho de loop é ajustado para a unidade. Caso o estado de propagação esteja no estado ativo, o ganho do loop é ajustado para um fator de ganho maior que um. Em uma modalidade preferida, o fator de ganho é ajustado para 2. Como fica claro, outros fatores de ganho poderíam ser usados, incluindo fatores de ganho não inteiros ou fracionários. A Figura 13 é um fluxograma, de acordo com uma modalidade preferida da presente invenção, ilustrando a operação da etapa 1230 em maiores detalhes. Em uma etapa de decisão 1310, a segunda estação determina se uma mudança no nível de potência do sinal recebido supera um limite e se a mudança anterior no nível de potência do sinal recebido supera o limite. Em outras palavras, a segunda estação determina se a mudança no nível de potência superou o limite em duas ocasiões consecutivas. Em particular, a segunda estação determina se a magnitude da mudança supera o limite (isto é, se aplica igualmente a um aumento ou redução do nível de potência).
Caso a mudança no nível de potência supere duas vezes consecutivas o limite, em uma etapa 1320, o ganho de loop é ajustado para um fator de ganho não unitário. Caso a mudança no nível de potência não supere duas vezes consecutivas o limite, em uma etapa 1330, o ganho de loop é ajustado para um fator de ganho unitário.
Como fica claro, várias modificações podem ser feitas na operação da etapa 1230 sem afastamento do escopo da presente invenção. Pode ser usada qualquer técnica para estimar o estado de propagação do canal. Como exemplo, uma mudança pode requerer a comparação de uma média das potências recebidas para as últimas N amostras com uma média das potências recebidas para as últimas M amostras, em que Μ > N. Dessa forma, se poderia determinar que a potência de sinal média caiu abaixo de um limite. Uma segunda modalidade poderia utilizar um algoritmo diferente para determinar um aumento no ganho de loop em oposição a uma redução no ganho de loop. Além disso, a presente invenção contempla o uso de indicadores para determinar o estado de propagação do processo através de meios que incluem outras fontes de informação ou sensores diferentes daqueles que detectam mudanças no nivel de potência.
As Figuras 11, 12 e 13 foram descritas em termos de uma ''primeira estação" e uma "segunda estação". Apesar de ser acima descrita como operando na segunda estação, como fica claro, a presente invenção pode ser usada na primeira estação ou simultaneamente na primeira estação e na segunda estação. Ademais, a presente invenção pode ser implementada em termos de gateways 120, unidades móveis 124, ou outros componentes de sistemas de comunicação possuindo um transmissor em conjunto com um receptor.
Como foi acima mencionado, a presente invenção permite que os loops de controle 500 e 700, respondam aos efeitos 830 (tais como atenuações, etc.) de forma muito mais rápida, dependendo do aumento no ganho do loop, em comparação aos loops de controle 500, 600, que operam sem detetores de estado 910, 930. Como foi acima mencionado, o tempo de resposta dos loops de controle 500, 600, é afetado pelo tempo de propagação de ida e volta. Em outras palavras, o tempo de propagação de ida e volta se passa entre o momento em que um comando de controle 555 é enviado, por exemplo, pelo receptor de gateway 550 e o momento em que uma resposta a tal comando de controle 555 (isto é, a mudança no nivel de potência do sinal 545) é detectada pelo receptor do gateway 550.
Além de responder mais rapidamente, os detetores de estado 910, 930, também afetam a taxa em que o erro entre o nivel de potência real e o nível de potência desejado é encerrado. Isto é denominado como a taxa de eliminação (slew). Para o ganho 915 ajustado para G, a taxa de eliminação é G vezes mais rápida que o comando de controle sem qualquer ganho. Dessa forma, por exemplo, quando G = 2, a taxa de eliminação é duas vezes mais rápida que a taxa de eliminação sem qualquer ganho, etc. A determinação do ganho apropriado depende de fatores tais como retardos de propagação, taxa de interação do loop, tamanho do degrau de comando e mudança e taxa de mudança esperadas nos níveis de potência recebida. A compreensão dos efeitos dos processos de canal de envio e retorno 530, 630, permite uma determinação similar de uma mudança experimentada pelos sinais indo e vindo entre a unidade móvel 124 e o gateway 120. Dessa forma, outros parâmetros diferentes da potência poderíam ser controlados pela presente invenção. Em alguns sistemas de comunicação, os mesmos loops ou loops adicionais poderíam ser usados para controlar outros parâmetros de operação dos sinais de comunicação, tais como a freqüência, o timing de codificação e assim por diante. Comandos, tais como comandos de elevação e redução ou avanço e retardo, podem então ser gerados, conforme apropriado, os quais são usados para implementar mudanças em tais parâmetros. Como exemplo, a unidade móvel 124 pode ser direcionada a ajustar a freqüência de operação para os sinais da ligação de retorno para contrabalançar um deslocamento na freqüência central do oscilador local da unidade móvel 124, ou o timing de codificação poderia ser modificado para compensar efeitos Doppler e assim por diante. São conhecidos muitos parâmetros e processos para os quais a compensação poderia ser efetuada usando-se comandos, mas que também sofrem dos mesmos retardos de tempo ou transferência experimentados pelos comandos de controle de potência acima descritos.
Apesar da presente invenção ter sido descrita em termos de um sistema de comunicação com base em satélites 100, a presente invenção poderia também ser implementada em sistemas que não empregam satélites. Como exemplo, em sistemas terrestres poderia ocorrer um problema similar com ciclos limite caso a propagação entre uma central celular e uma unidade móvel 124 seja grande em comparação com o tempo de interação do loop de controle de potência 500. A presente invenção foi também descrita em termos de um sistema de bit único em que um comando de elevação de potência ou um comando de redução de potência foi emitido pelos receptores 550, 650 instruindo os transmissores 510, 610, para elevar ou reduzir a potência de transmissão em um quantidade fixa. No entanto, como deve estar claro, poderíam ser implementados esquemas diferentes em que o comando de controle de potência 555, 655, é quantificado, dependendo de uma diferença entre o nível de potência desejado 610 e o nível de potência recebido 545. A descrição acima das modalidades preferidas é provida para permitir que os técnicos na área efetivem ou façam uso da presente invenção. As diferentes modificações dessas modalidades ficarão prontamente claras para os técnicos na área e os princípios genéricos aqui definidos podem ser aplicados a outras modalidades sem o uso das faculdades inventivas. Dessa forma, a presente invenção não deve ser limitada às modalidades aqui apresentadas, devendo receber o escopo mais amplo, consistente com os princípios e características novas aqui descritos.