ES2287076T3 - Prueba previa y certificacion de codigos de acceso multiple. - Google Patents
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Abstract
Método para gestionar la idoneidad de canal en un esquema de acceso múltiple, que comprende: obtener (202) información que se refiere a ruido asociado con un canal; estimar (204) un efecto potencial del ruido en una calidad de transmisión del canal basándose en la información obtenida; otorgar (206) una calificación al canal basándose en el efecto potencial estimado; clasificar (208) el canal en una clase de grado de servicio basándose en la calificación otorgada, en el que la clase de grado de servicio se refiere a la idoneidad del canal para transportar un tipo de datos particular, y las clases de grado de servicio incluyen una clase para un grado de servicio adecuado para datos alfanuméricos, una clase para un grado de servicio adecuado para datos de vídeo, una clase para un grado de servicio adecuado para datos de audio, y una clase para un grado de servicio no adecuado para datos; y almacenar (210) información que se refiere al canal y a la calificación y grado asociados en una base dedatos.
Description
Prueba previa y certificación de códigos de
acceso múltiple.
La presente invención se refiere en general a
sistemas de comunicación inalámbricos y, más en particular, a
gestionar esquemas de acceso múltiple en sistemas de banda
ultraancha para ayudar a garantizar alta calidad de servicio y
gestión eficaz de la capacidad de canal disponible.
En un entorno inalámbrico de acceso múltiple por
división de código (CDMA, Code Division Multiple Access)
basado en células, puede haber más usuarios totales que códigos
disponibles para permitir acceso múltiple al canal de comunicación.
Esta insuficiencia de capacidad puede requerir la reutilización de
códigos cada pocas células (separadas espacialmente). La separación
espacial permite que las señales de comunicación que utilizan los
mismos códigos se extingan antes de que tengan una posibilidad de
interferencia entre sí. Sin embargo, debido a que el número de
usuarios en una red celular es normalmente altamente variable, los
códigos que están asignados a un conjunto de usuarios de una célula
necesitan asignarse y desasignarse basándose en el número de
usuarios de esa célula. Existen varias cuestiones que complican la
asignación de códigos a medida que aumenta el número de usuarios
del sistema. En primer lugar, el número total de códigos disponibles
puede ser finito. En segundo lugar, puede no permitirse la
superposición de códigos entre células adyacentes.
En tercer lugar, el entorno RF puede cambiar de
manera imprevisible junto con el ruido propagado a través de ese
entorno. Debido a la naturaleza de CDMA, los datos codificados con
algunos códigos pueden ser más susceptibles al ruido que otros
datos, en un entorno particular el ruido o multitrayectoria de la
reutilización de código pueden interferir durante tiempos
particulares. Por lo tanto, un sistema celular óptimo no debería
asignar códigos que pueden inducir excesivamente altos errores de
bits hasta que el número de usuarios lo requiera completamente.
En entornos de banda ultraancha multiusuario con
alta densidad, o en entornos con altos niveles de ruido, los
códigos CDMA no asignados (que podrían asignarse utilizando
modulación por posición de pulso (PPM, Pulse Position
Modulation)) pueden estar en peligro de o bien haber sido ya
asignados o bien ser altos en ruido. En ambos casos, en un entorno
CDMA dinámico, el sistema comprobará entonces otro código no
otorgado, seguido por otro y así sucesivamente según sea necesario
hasta que se haya encontrado un código disponible.
Esta necesidad de buscar y encontrar códigos no
otorgados adecuados aumenta proporcionalmente en función del
aumento del número de usuarios, aumento en demandas de capacidad de
canal, y aumento de ruido. En entornos de alta capacidad de consumo
y/o ruidosos, multiusuario, con alta densidad, la disponibilidad de
códigos no otorgados aceptables disminuye. El efecto resultante
puede significar mayores demandas en el sistema para buscar códigos
CDMA adecuados no otorgados.
Si un código ya está en uso, o sujeto a
demasiado ruido, o no se desea por otras razones el sistema
simplemente buscará de otro código. Aunque esta búsqueda es
extremadamente rápida, tardando sólo microsegundos, si esta
búsqueda de códigos no otorgados óptimos es frecuente, o requiere
múltiples búsquedas para un código adecuado, las demandas en el
sistema darán como resultado la gestión ineficaz de la capacidad
disponible.
La patente estadounidense número 5.884.145 da a
conocer un método y un sistema para asignar un canal de
comunicaciones de mínima interferencia entre un sistema celular y
un sistema de radio privado dentro del sistema celular. Un conjunto
de canales candidatos se seleccionan en primer lugar y se ordenan
por la cantidad e interferencia presente dentro del sistema
celular, y se selecciona un subconjunto del mismo. Un segundo
conjunto de canales candidatos se seleccionan entonces a partir del
subconjunto y se ordenan por la cantidad de interferencia presente
en el entorno del sistema de radio privado, y se selecciona del
mismo un subconjunto de canales seguros. El canal que presenta la
menor cantidad de interferencia se selecciona entonces del
subconjunto de canales seguros como el canal de comunicaciones.
La patente estadounidense número 6.141.565 da a
conocer sistemas y métodos para proporcionar continuamente
parámetros de red a diversos elementos de red en una red de PC
celular u otra red de comunicación inalámbrica para optimizar el
funcionamiento de la red. Los parámetros de red pueden
proporcionarse basándose en condiciones de red previstas o
históricas. Como alternativa, los parámetros de red pueden
proporcionarse basándose en condiciones de red supervisadas. Se
proporciona una base de datos de parámetros de red optimizados para
condiciones de red
particulares.
particulares.
Se proporcionan un sistema, método y artículo de
fabricación para gestionar la idoneidad de la transmisión de un
canal en un esquema multiacceso. En general, se obtiene información
que se refiere a ruido asociado con un canal. Se estima entones un
efecto potencial del ruido en la calidad de una transmisión del
canal basándose en la información obtenida. A continuación, se
otorga una calificación al canal basándose en el efecto potencial
estimado. Basándose en la calificación otorgada, el canal se
clasifica en una clase de grado de servicio. La clase de grado de
servicio se refiere a la idoneidad del canal para transportar un
tipo de datos particular. Las clases de grado de servicio incluyen
una clase para un grado de servicio adecuado para datos
alfanuméricos, una clase para un grado de servicio adecuado para
datos de vídeo, una clase de grado de servicio adecuado para datos
de audio, y una clase para un grado de servicio no adecuado para
datos.
La información que se refiere al canal y su
calificación asociada y clase de grado de servicio se almacena
entonces en una base de datos.
En un aspecto de la presente invención, la
información que se refiere a ruido asociado con el canal se obtiene
muestreando ruido de canal y correlacionando entonces el ruido de
canal muestreado con el canal. En otro aspecto de la presente
invención, el efecto potencial del ruido en la calidad de
transmisión del canal basándose en la información obtenida se
estima determinando una tasa de error de bits prevista para el canal
basándose en la información obtenida. En un aspecto de este tipo,
la tasa de error de bits prevista para el canal puede determinarse
calculando una o más métricas de interferencia para el canal no
asignado usando la información de ruido obtenida utilizando
entonces las métricas de interferencia calculadas para determinar la
tasa de error de bits prevista. Como opción, una de las métricas de
interferencia calculadas puede ser una tasa de error de modulación
por posición de pulso.
En una realización de la presente invención,
puede darse prioridad al canal en su clase de grado de servicio
otorgada basándose en la calificación del canal. Adicionalmente,
esta información que se refiere a la prioridad del canal se
almacena también en la base de datos. En otra realización de la
presente invención, el canal se obtiene a partir de la base de
datos. En una realización adicional de la presente invención, el
canal se prueba periódicamente para determinar si necesita
cambiarse la clase de grado de servicio del canal.
En aún otra realización de la presente
invención, puede recibirse una solicitud de un canal por parte de un
solicitante. Puede entonces buscarse en la base de datos para
obtener un canal adecuado para satisfacer la solicitud. Una vez
obtenido, el canal adecuado se asigna al solicitante y se notifica
al solicitante que use el canal asignado y se hace una indicación
en la base de datos para indicar que el canal asignado ahora está
en uso. En incluso otra realización adicional de la presente
invención, puede recibirse información que se refiere a la
utilización de un canal cuando un usuario renuncia a la utilización
del canal. A partir de la información recibida, puede determinarse
una tasa de error de bits real para el canal al que se ha renunciado
de tal modo que puede otorgarse una calificación al canal al que se
ha renunciado basándose en la tasa de error de bits real. Una vez
que se ha otorgado la calificación, el canal puede clasificarse en
la clase de grado de servicio apropiada y la base de datos puede
actualizarse para indicar la clase de grado de servicio del canal
que se basaba en la tasa de error de bits real y que el canal está
disponible para la
utilización.
utilización.
Lo anterior y otras propiedades, aspectos y
ventajas se entienden mejor a partir de la siguiente descripción
detallada, reivindicaciones adjuntas, y dibujos que acompañan, en
los que:
la figura 1 es un diagrama esquemático de un
sistema de comunicación de banda ultraancha a modo de ejemplo que
puede utilizar un esquema de acceso múltiple según una realización
de la presente invención;
la figura 2 es un diagrama de flujo de un
proceso para gestionar la idoneidad de la transmisión de un canal
de acceso múltiple en un esquema multiacceso que utiliza un
controlador de base de datos dinámica en un sistema de comunicación
tal como un sistema de comunicación de banda ultraancha según una
realización de la presente invención;
la figura 3 es un diagrama de bloques
esquemático que ilustra un proceso para crear una base de datos de
código dinámica para seguir la pista de calidad y utilización de
código para mantener la más alta calidad de servicio (QoS,
Quality of Service) posible según una realización de la
presente invención;
la figura 4a es un diagrama esquemático de una
realización del muestreador de ruido basado en utilizar un
correlador de integración de tiempo para correlacionar la señal de
ruido RF con la secuencia de códigos según una realización de la
presente invención;
la figura 4b es un diagrama esquemático de un
muestreador de ruido que utiliza muestreo en tiempo real de
ventanas de tiempo según una realización preferida de la presente
invención;
la figura 5 es un diagrama de flujo de un
proceso para realizar funciones de procesamiento de señal digital y
de base de datos para llevar a cabo la clasificación de calidad de
códigos no asignados según una realización de la presente
invención;
la figura 6 representa un gráfico que muestra un
tipo de relación funcional encontrada a menudo entre la BER (tasa
de error de bits, Bit Error Rate) y la proporción de la
energía de pulso (E_{b}) frente a la densidad espectral de ruido
(N_{0}) según una realización de la presente invención;
la figura 7 es un diagrama de flujo para un
proceso para realizar las funciones de procesamiento de señal
digital mediante el controlador de la base de datos con el fin de
maximizar la calidad de servicio según una realización de la
presente invención.
la figura 8 es un diagrama esquemático que
ilustra un proceso para mantener una base de datos de canal dinámica
en un marco de trabajo (framework) de comunicación de banda
ultraancha según una realización de la presente invención;
la figura 9 es un diagrama esquemático de un
entorno de hardware representativo según una realización de la
presente invención.
En visión general, las realizaciones de la
presente invención ayudan a mejorar la eficacia de asignación de
código muestreando digitalmente el impacto potencial de ruido de
canal en el conjunto de códigos disponibles, por ejemplo,
utilizando correlación cruzada entre los códigos y el ruido. Un
análisis estadístico de la correlación cruzada digitalizada puede
ejecutarse entonces para ver el efecto del ruido en la calidad de
transmisión calculando una tasa de error de bits prevista. Los
parámetros de ruido tales como la duración y amplitud pueden también
cuantificarse. Esta información puede utilizarse para catalogar y
otorgar cada código en "intervalos" identificados para la
utilización de código óptima. Los intervalos pueden crearse para
corresponder a una idoneidad de código para un tipo de datos
particular. Por ejemplo, algunos tipos de datos ilustrativos y sus
atributos de códigos asociados pueden incluir: (1) datos
alfanuméricos que requieren códigos con el número más bajo de
errores de bits previstos; (2) datos de vídeo que requieren códigos
con el siguiente número más bajo de errores de bits; (3) datos de
audio que pueden utilizar códigos que tienen el mayor número de
errores permitidos; y (4) un conjunto de códigos que no son
adecuados para la utilización debido a que sus errores de bits
previstos están por encima de un valor umbral. En cada intervalo,
los códigos pueden estar dispuestos de tal manera que los mejores
códigos (es decir, los códigos con las tasas de error de bits más
bajas) se utilizan en primer lugar.
Puede que los sistemas de comunicación de banda
ultraancha que emplean técnicas dadas a conocer en las realizaciones
de la presente invención puedan suministrar más alta calidad de
garantía de servicio en entornos multiusuario y/o ruidosos, con
alta densidad. Las realizaciones de la presente invención pueden
también ayudar a aumentar la eficacia por la que los sistemas de
banda ultraancha de esquema multiacceso (por ejemplo, acceso
múltiple por división de código (CDMA)) asignan códigos
determinando proactivamente la calidad del código antes de que se
hace realmente una asignación. Puede que los sistemas que emplean
las técnicas expuestas en la presente invención también puedan
gestionar más eficazmente los entornos multiusuario y/o ruidosos
evaluando de manera efectiva la idoneidad de los códigos para tipos
de datos de banda ultraancha variables y otorgamiento/asignación
más eficaz de aquellos códigos de esquema de acceso múltiple de
banda ultraancha.
La figura 1 es un diagrama esquemático de un
sistema 100 de comunicación de banda ultraancha a modo de ejemplo
que puede utilizar un esquema de acceso múltiple según una
realización de la presente invención. Una o más unidades 102
móviles inalámbricas que pueden tener comunicación de banda
ultraancha se comunican con una estación 104 base de banda
ultraancha. Un controlador 106 de base de datos dinámica está
acoplado a la estación base. El controlador 106 de base de datos
dinámica incluye un procesador para ejecutar sus funciones y está
acoplado a un muestreador 108 de ruido y una base 110 de datos.
La figura 2 es un diagrama de flujo de un
proceso 200 para gestionar la idoneidad de la transmisión de un
canal de acceso múltiple en un esquema multiacceso que utiliza un
controlador 106 de base de datos dinámica en un sistema de
comunicación tal como un sistema de comunicación de banda ultraancha
según una realización de la presente invención. En general, la
información que se refiere a ruido de canal ("información de ruido
de canal") asociada con un canal no asignado se obtiene
utilizando el muestreador 108 de ruido en la operación 202 (debería
entenderse que el término "canal" utilizado en la presente
invención puede hacer referencia en general a un canal de esquema
de acceso múltiple en el que puede lograrse acceso múltiple por
códigos, frecuencia, polarización, fase, etc.). El controlador 106
de base de datos dinámica estima entonces un efecto potencial del
ruido de canal en la calidad de transmisión del canal no asignado
basándose en la información obtenida en la operación 204. A
continuación, en la operación 206, se otorga una calificación
mediante el controlador 106 de base de datos dinámica al canal no
asignado basándose en el efecto potencial estimado. Basándose en la
calificación otorgada, el canal se clasifica en una clase de grado
de servicio o clasificación en la operación 208. La información que
se refiere al canal ahora clasificado y su calificación y clase de
grado de servicios asociadas se almacenan entonces en la base 110
de datos en la operación 210.
Con mayor detalle, las transmisiones
inalámbricas en banda ultraancha dependen de múltiples flujos de
datos (normalmente audio, vídeo, y/o datos) que van a múltiples
usuarios. Puesto que las transmisiones en banda ultraancha son de
naturaleza en serie, deben integrar esos flujos de datos en ranuras
de tiempo en serie otorgadas. En alguna ocasión, estas ranuras de
tiempo otorgadas tienen interferencia o bien natural o bien
artificial que provoca que el enlace o código de acceso múltiple de
banda ultraancha (al que a menudo se hace referencia en el presente
documento como un "canal") que transporta un flujo de datos
particular no sea fiable. Como resultado, se deben hacer esfuerzos
para mantener la calidad de servicio (QoS) para estos flujos de
datos. Las realizaciones de la presente invención proporcionan un
proceso por el que puede probarse y certificarse cada canal antes
de la asignación. Frecuentemente, estos canales se implementan
especificando códigos diferentes (secuencias) para cada enlace de
acceso múltiple. Existen varios medios ampliamente conocidos por los
que códigos múltiples permiten que se creen enlaces múltiples. La
elección de un esquema de acceso múltiple particular no tiene
impacto en la funcionalidad de las realizaciones de la presente
invención. Después de la asignación, la tasa de error de bits puede
supervisarse para cada canal para garantizar la calidad y la
integridad de canal. Finalmente, puede probarse y certificarse un
grupo de canales por adelantado para satisfacer cualesquiera
solicitudes de usuario para canales de banda ultraancha fiables
adicionales de una manera oportuna.
Existen varias cuestiones que pueden complicar
la asignación de códigos a medida que el del número de usuarios del
sistema aumenta que incluye: (1) el número total de códigos
disponibles puede ser finito y la reasignación de código dinámica
puede volverse necesaria; (2) la superposición de códigos puede no
estar permitida en una célula o entre células adyacentes; y (3) el
entorno RF puede cambiar de manera imprevisible y, por lo tanto,
también puede hacerlo el ruido propagado a través de ese
entorno.
La figura 3 es un diagrama de bloques
esquemático que ilustra un proceso 300 para crear una base de datos
de código dinámica para seguir la pista de la utilización y calidad
de código con el fin de mantener la más alta calidad de servicio
posible según una realización de la presente invención. La base 110
de datos se inicializa aplicando en primer lugar todos los códigos
(preferiblemente por orden) a un muestreador 108 de ruido que puede
utilizar la salida de un sensor RF (que puede ser el mismo que la
antena de recepción) como la entrada de ruido (véase la operación
302). La salida del muestreador de ruido puede entonces
digitalizarse mediante un conversor analógico digital (A/D) (véase
la operación 304) o, como otra opción, la salida puede integrarse,
retenerse y digitalizarse mediante un conversor A/D más lento. Los
datos digitalizas pueden entonces utilizarse por el controlador 106
de base de datos dinámica para determinar las métricas que van a
utilizarse en calcular una tasa de error de bits prevista (PBER,
Projected Bit Error Rate) para un código particular (véase la
operación 306). Posteriormente, la PBER puede utilizarse para
organizar los códigos en la base 110 de datos de tal manera que los
códigos con la PBER más baja están disponibles primero.
En un aspecto de la presente invención, la
información que se refiere a ruido asociado con el canal puede
obtenerse muestreando ruido de canal y correlacionando entonces el
ruido de canal muestreado con el canal. La figura 4a es un diagrama
esquemático de una realización del muestreador 108a de ruido
basándose en utilizar un correlador de integración de tiempo para
correlacionar la señal de ruido RF con la secuencia de códigos
según una realización de la presente invención. En particular, una
antena 402 de detección de ruido RF está acoplada a un amplificador
404 RF que está acoplado a un generador 406 de integración de
tiempo. El generador de integración de tiempo está también acoplado
a un generador 408 de código de acceso múltiple. Esta realización
puede ser adecuada para esquemas de acceso múltiple por división de
código. Los correladores de integración de tiempo y generadores de
código para esos códigos son ampliamente conocidos en la técnica.
Las muestras de ruido RF para este enfoque pueden detectarse o bien
con la antena utilizada para recepción de datos o bien mediante una
antena de detección de ruido dedicada.
La figura 4 es un diagrama esquemático de un
muestreador 108b de ruido que utiliza muestreo en tiempo real de
ventanas de tiempo según una realización preferida de la presente
invención. Este muestreador 108b de ruido se basa en un esquema de
acceso diferente al esquema de acceso utilizado en la figura 4a. En
particular, una antena 410 de recepción RF está acoplada a un
amplificador 412 RF. El amplificador 412 RF y un generador 414 de
código de salto de tiempo están ambos acoplados a un multiplexador
(MUX) 416, que, a su vez está acoplado a lógica 418 de
mantenimiento. En este muestreador 108b de ruido, se utiliza una
secuencia de salto de tiempo pseudoaleatoria junto con un esquema
de acceso múltiple por división de tiempo (TH-TDMA,
Time Hopping -Time Division Multiple Access). La antena 410
de recepción de datos se utiliza para detectar el ruido presente en
las ranuras de tiempo que van a ocuparse por una secuencia de salto
de tiempo no asignada. Con el fin de hacerlo, la secuencia de salto
de tiempo se utiliza para controlar el MUX 416 que permite que las
muestras de entrada que van a mantenerse y digitalizarse en los
momentos apropiados se ajusten a los tiempos que se asignarían a la
secuencia de salto de tiempo que está probándose.
La figura 5 es un diagrama de flujo de un
proceso 500 para realizar funciones procesamiento de señal digital
y de base de datos para llevar a cabo clasificación de calidad de
códigos no asignados según una realización de la presente
invención. En un aspecto de la presente invención, el efecto
potencial del ruido del canal en la calidad de transmisión del
canal no asignado basándose en la información obtenida puede
estimarse determinando una PBER para el canal basándose en la
información obtenida. En tal aspecto, la PBER para el canal no
asignado puede determinarse calculando una o más métricas de
interferencia para el canal no asignado utilizando la información
de ruido obtenida y utilizando entonces las métricas de
interferencia calculadas para determinar la PBER. Como opción, una
de las métricas de interferencia calculadas puede ser una tasa de
error de modulación por posición de pulso.
Sin dejar de referirse a la figura 5, el
controlador 106 de base de datos dinámica supervisa constantemente
los códigos en la base de datos para determinar que su clasificación
está actualizada (véanse las operaciones 502, 504, y 506). Tal como
se representa en la figura 5, la regla de decisión en la operación
504 puede basarse en probar de nuevo algunos códigos que no se han
probado durante un periodo de tiempo específico. En una realización
preferida de la presente invención, este tiempo puede ser como poco
10 milisegundos y como mucho 1 segundo. En una realización más
preferida, este tiempo puede ser de 50 a 100 milisegundos. El volver
a probar se realiza y gestiona mediante el controlador 106 de base
de datos. El controlador 106 de base de datos envía el código que
va a probarse al muestreador 108 de ruido y calcula las métricas
apropiadas que pueden incluir, por ejemplo: correlaciones cruzadas
entre secuencias y ruido (véase la operación 510), densidad
espectral de ruido, prueba de ruido blanco, índice de impulso,
presencia de ruido de ráfaga, y otras pruebas de distribución de
probabilidad de ruido (véase la operación 512), así como otras
pruebas heurísticas.
\newpage
Las pruebas también pueden incluir pruebas que
determinan el ruido introducido en el método de modulación. En una
realización preferida, el método de modulación puede ser modulación
por posición de pulso de tal modo que puede calcularse una tasa de
error de modulación por posición de pulso (véase la operación 514).
En una implementación del método de modulación por posición de
pulso, puede colocarse un pulso en uno de dos intervalos de tiempo
contiguos para representar un cero (0) o un uno (1). Por ejemplo, si
el pulso se coloca en un primer intervalo, el pulso puede
representarse como un uno, mientras que si el pulso se coloca en un
segundo intervalo, el pulso puede representarse como un cero. Una
manera de caracterizar este tipo de ruido es integrar la señal
presente en ambos intervalos de tiempo y comparar la integral con un
umbral equivalente a la integral de pulso uno. Si la integral no se
ajusta al equivalente de pulso uno (es decir, el pulso representado
en el primer intervalo), se considera que ha ocurrido un error de
posición de pulso.
Tal como se muestra en la operación 516, el
resultado de estas pruebas y métricas se utiliza entonces para
calcular una tasa de error de bits prevista (o potencial) (PBER)
bien, por ejemplo, a través de un cálculo directo o bien a través
de una tabla de consulta e interpolación, si es necesario. Pueden
ser necesarios varios parámetros adicionales para calcular esta
métrica. Estos parámetros pueden incluir: la energía de pulso,
pulsos por bit (si está utilizándose un esquema CDMA), densidad
espectral de ruido, tipo de ruido, y tipo de modulación.
Una vez que se ha calculado la PBER, se otorga
una calificación al código en la operación 518 y el código se
asigna entonces a un tipo de datos en la operación 520. El código y
la información que se refiere a su asignación de calificación y
tipo de datos se almacenan entonces en la base 110 de datos.
La figura 6 representa un gráfico 600 que
muestra un tipo de relación funcional encontrada a menudo entre la
BER 602 y la proporción 604 de la energía de pulso (E_{b}) frente
a la densidad espectral de ruido (N_{0}) según una realización de
la presente invención. Tales relaciones dependen del tipo de
modulación y de otros factores que se derivan mejor empíricamente.
Si los datos son empíricos, pueden mantenerse en una tabla de
consulta e interpolarse valores utilizando técnicas estándar tal
como se expone en la operación 516.
En un aspecto de la presente invención, la clase
de grado de servicio se refiere a la idoneidad del canal para un
tipo de datos particular. En tal aspecto, las clases de grado de
servicio pueden incluir una clase para un grado de servicio
adecuado para datos alfanuméricos, una clase para un grado de
servicio adecuado para datos de vídeo, una clase para un grado de
servicio adecuado para datos de audio, y una clase para un grado de
servicio no adecuado para datos. En una realización de la presente
invención, puede darse prioridad al canal o clasificarlo para la
asignación en su clase de grado de servicio otorgada basándose en la
calificación del canal. Adicionalmente, esta información que se
refiere a la prioridad del canal clasificado puede también
almacenarse en la base de datos.
La figura 7 es un diagrama de flujo para un
proceso para realizar las funciones de procesamiento de señal
digital de la operación 520 mediante el controlador 106 de base de
datos para maximizar la calidad de servicio según una realización
de la presente invención. En la operación 702, el controlador de
base de datos utiliza la calificación otorgada obtenida en la
operación 518 de la figura 5 para determinar el valor para colocar
en el campo de tipo de datos de la base de datos. El valor puede
basarse en categorías de calidad de datos tales como, por ejemplo:
"suficientemente bueno para documentos digitales",
"suficientemente bueno para vídeo", "suficientemente bueno
para audio", y "demasiado ruidoso para cualquier tipo de
datos".
El controlador 110 de base de datos crea
entonces tablas dinámicas de códigos no asignados del mismo tipo
con el fin de manipularlas de forma dinámica en la operación 704. En
la operación 706, las tablas se clasifican por la calificación
original de los códigos para colocar los mejores códigos primero en
la cola de asignación en la operación 708. El controlador 106 de
base de datos actualiza entonces la base 110 de datos en las tablas
dinámicas en la operación 710 de tal modo que los códigos de acceso
múltiples, otorgamientos de código y prioridad de código se
almacenan en la base 110 de datos de código dinámica. Con este
proceso, el volver a otorgar prioridad de código permite el logro
de la calidad de servicio más alta posible.
El siguiente ejemplo ilustrativo se proporciona
para clarificar adicionalmente y para ayudar en la comprensión de
los procesos expuestos en las figuras 5 y 7. Supóngase que existen
cuatro categorías de calidad de datos para canales que incluyen:
una primera categoría para calidad de documentos digitales, una
segunda categoría para calidad de vídeo, una tercera categoría para
calidad de audio y una cuarta categoría para calidad no adecuada
para datos. Cada categoría puede tener un rango de calificaciones
(basándose en la PBER, véase la figura 5) asociado con ella. Por
ejemplo, si las calificaciones otorgadas al canal en la operación
518 están entre 10 y 1 con 10 siendo la mejor calificación y 1
siendo la peor calificación, las calificaciones pueden dividirse
entre las categorías de tal modo que (simplemente como un ejemplo
ilustrativo) la primera categoría se asocie con el rango de
calificaciones entre 10 y 9, la segunda categoría se asocie con el
rango de calificaciones entre 8 y 7, la tercera categoría se asocie
con el rango de calificaciones entre 6 y 5, y la cuarta categoría
se asocie con el rango de calificaciones entre 4 y 1.
Así, siguiendo el proceso expuesto en las
figuras 5 y 7 (véanse las operaciones 520, 702, y 704), si a un
canal se le ha asignado:
- (i)
- una calificación entre 10 y 9, entonces el canal se clasifica en la primera categoría,
- (ii)
- una calificación entre 8 y 7, entonces el canal se clasifica en la segunda categoría,
- (iii)
- una calificación entre 6 y 5, entonces el canal se clasifica en la tercera categoría, y
- (iv)
- una calificación entre 4 y 1, entonces el canal se clasifica en la cuarta categoría.
A continuación, los canales se clasifican en sus
categorías otorgadas de tal modo que los canales se ordenan de
forma que los primeros son los canales mejor calificados en su
categoría respectiva de tal modo que los canales mejor calificados
en cada categoría tienen una prioridad más alta que los canales
peor calificados en la misma categoría. Por ejemplo, en la primera
categoría, aquellos canales que tienen una calificación más próxima
a 10 se ordenan más altos en prioridad que aquellos canales que
tienen una calificación más próxima a 9. Como ilustración,
supóngase que hay cuatro canales clasificados en la primera
categoría con las siguientes calificaciones: canal 1 - 9,6, canal 2
- 9,2, canal 3 - 9,4 y canal 4 - 9,8. Entonces, estos canales se
clasificarían y ordenarían por prioridad en la primera categoría
(desde la prioridad más alta a la prioridad más baja) como: canal
4, canal 1, canal 3, y (finalmente con la prioridad más baja) canal
2.
La figura 8 es un diagrama esquemático que
ilustra un proceso 800 para mantener una base de datos de canal
dinámica en un marco de trabajo de comunicación de banda ultraancha
según una realización de la presente invención. En una realización
de la presente invención, el canal no asignado puede obtenerse a
partir de la base de datos. En particular, en un aspecto tal de una
realización de este tipo, el controlador 106 de base de datos puede
probar periódicamente códigos utilizando el muestreador 108 de ruido
y las funciones de procesamiento de señal digital (tal como se
trató en las figuras previas) para determinar si la clase de grado
de servicio del canal necesita cambiarse (véanse las operaciones
802 y 804). Si se determina que la clase/clasificación de grado de
servicio del canal de hecho no necesita cambiarse, entonces la clase
de grado de servicio del canal se cambia a la clase de grado de
servicio apropiado.
Sin dejar de referirse a la figura 8, el
controlador 106 de base de datos puede también recoger estadísticas
de tasa de error de bits reales de códigos que están en uso con el
fin de colocarlos en las categorías correctas una vez que se han
desasignado. En una realización de este tipo, la información que se
refiere a la utilización de un canal puede recibirse cuando un
usuario renuncia al uso del canal (véase la operación 806). A partir
de la información recibida, puede determinarse una tasa de error de
bits real para el canal al que se ha renunciado de tal modo que
puede otorgarse una calificación al canal al que se ha renunciado
basándose en la tasa de error de bits real (más que en la tasa de
error de bits potencial) en la operación 808. Una vez que se ha
otorgado la calificación, el canal puede clasificarse en la clase de
grado de servicio correcta (véase la operación 810) y la base de
datos puede actualizarse para indicar la clase de grado
de servicio del canal que se basaba en la tasa de error de bits real y que el canal está disponible para la utilización.
de servicio del canal que se basaba en la tasa de error de bits real y que el canal está disponible para la utilización.
En otro aspecto de la presente invención, cuando
un usuario móvil solicita un canal, el controlador de base de datos
puede buscar en la base de datos el tipo correcto y asignar el
primer mejor canal disponible (otra opción es asignar un canal
basándose en los requisitos de calidad del usuario particular). Una
vez que se asigna un canal este puede marcarse como "en uso"
en la base de datos. En particular, con referencia a la figura 8,
puede recibirse una solicitud de un canal por parte de un
solicitante en la operación 812. Puede entonces buscarse en la base
de datos en la operación 814 para obtener un canal adecuado para
satisfacer la solicitud. Una vez obtenido, el canal adecuado se
asigna al solicitante en la operación 816 y se notifica al
solicitante que utilice el canal asignado en la operación 818.
Adicionalmente, se realiza una indicación en la base 110 de datos
para indicar que el canal asignado ahora está en uso (véase la
operación 820).
Por ejemplo, utilizando el escenario ilustrativo
expuesto previamente cuando se trataban las figuras 5 y 7,
supóngase que el solicitante requiere un canal adecuado para
transmitir documentos digitales. Entonces, se buscaría en la base
de datos para determinar qué canales se han clasificado en la
primera categoría (que está asociada con canal adecuado para
transmitir documentos digitales). El controlador de base de datos
determinaría entonces si el canal 4 (que tiene una calificación de
9,8 y siendo por lo tanto el canal más idóneo en la primera
categoría), está disponible para otorgarse al solicitante. Si el
canal 4 está disponible, entonces se notificaría al solicitante que
utilizara el canal 4 y se haría una indicación en la base de datos
para indicar que el canal 4 está ahora en uso. Si, por otro lado,
se encuentra que el canal 4 no está disponible (por ejemplo, ya
está en uso), entonces el controlador de base de datos buscaría en
la base de datos el siguiente canal más idóneo en la primera
categoría, canal 1 (que tiene una calificación de 9,6) y
determinaría si el canal 1 está disponible y así sucesivamente.
La figura 9 ilustra un entorno 900 de hardware
representativo mediante el que pueden llevarse a cabo las
realizaciones de la presente invención se representa en la figura
9. En la presente invención, los diversos subcomponentes de cada
uno de los componentes pueden también considerarse componentes del
sistema. Por ejemplo, módulos de software particulares ejecutados
en cualquier componente del sistema pueden también considerarse
componentes del sistema. La configuración 900 de hardware ilustrada
en la figura 9 incluye una unidad 902 central de proceso, tal como
un microprocesador, y un número de otras unidades interconectadas a
través de un bus 904 del sistema.
La estación 900 de trabajo mostrada en la figura
9 incluye una memoria 906 de acceso aleatorio (RAM, Random
Access Memory), memoria 908 de sólo lectura (ROM, Read Only
Memory), un adaptador 910 de E/S (entrada/salida) para conectar
dispositivos periféricos tales como unidades 912 de almacenamiento
de disco al bus 904, un adaptador 914 de interfaz de usuario para
conectar un teclado 916, un ratón 918, un altavoz 920, un micrófono
922, y/o otros dispositivos de interfaz de usuario tales como una
pantalla táctil (no mostrada) al bus 904, adaptador 924 de
comunicación para conectar la estación de trabajo a una red 926 de
comunicación (por ejemplo una red de procesamiento de datos) y un
adaptador 928 de visualización para conectar el bus 904 a un
dispositivo 930 de visualización.
Una realización de la presente invención puede
escribirse utilizando los lenguajes JAVA, C y C++ y utilizar
metodología de programación orientada a objetos. La programación
orientada a objetos (OOP, Object Oriented Programming) se ha
utilizado cada vez más para desarrollar aplicaciones complejas. Como
OOP se mueve hacia la corriente dominante de diseño y desarrollo de
software, diversas soluciones de software requieren adaptación para
hacer uso de los beneficios de OOP. Existe una necesidad de aplicar
estos principios de OOP a un interfaz de mensajería de un sistema
de mensajería electrónica de tal manera que pueda proporcionarse un
conjunto de clases y objetos OOP para el interfaz de
mensajería.
La OOP es un proceso de desarrollo de software
informático utilizando objetos, que incluye las etapas de analizar
el problema, diseñar el sistema, y construir el programa. Un objeto
es un paquete de software que contiene tanto datos como una
colección de estructuras y procedimientos relacionados. Puesto que
contiene tanto datos como una colección de estructuras y
procedimientos, puede imaginarse como un componente autosuficiente
que no requiere otras estructuras, procedimientos o datos
adicionales para realizar su tarea específica. La OOP, por lo
tanto, ve un programa informático como una colección de componentes
autónomos en gran parte, llamados objetos, cada uno de los cuales
es responsable de una tarea específica. Este concepto de empaquetar
datos, estructuras, y procedimientos juntos en un componente o
módulo se llama encapsulación.
En general, los componentes OOP son módulos de
software reutilizables que presentan una interfaz que se ajusta a
un modelo de objeto y a los que se accede en tiempo de ejecución a
través de una arquitectura de integración de componentes. Una
arquitectura de integración de componentes es un conjunto de
mecanismos de arquitectura que permiten a módulos de software en
diferentes espacios de proceso utilizar sus capacidades o funciones
propias. Esto se hace generalmente suponiendo un modelo de objeto de
componente común sobre el que construir la arquitectura. En este
punto vale la pena diferenciar entre un objeto y una clase de
objetos. Un objeto es un caso sencillo de la clase de objetos, que
se llama a menudo sólo una clase. Una clase de objetos puede verse
como un calco, a partir del que pueden formarse muchos objetos.
La OOP permite al programador crear un objeto
que es una parte de otro objeto. Por ejemplo, se dice que el objeto
que representa un motor de pistón tiene una relación de composición
con el objeto que representa un pistón. En realidad, un motor de
pistón comprende un pistón, válvulas y muchos otros componentes; el
hecho de que un pistón sea un elemento de un motor de pistón puede
representarse lógicamente y semánticamente en OOP por dos
objetos.
La OOP también permite la creación de un objeto
que "depende de" otro objeto. Si hay dos objetos, uno que
representa un motor de pistón y el otro que representa un motor de
pistón en el que el pistón está hecho de cerámica, entonces la
relación entre los dos objetos no es la de composición. Un motor de
pistón cerámico no forma un motor de pistón. Más bien es
simplemente un tipo de motor de pistón que tiene una limitación más
que el motor de pistón; su pistón está hecho de cerámica. En este
caso, el objeto que representa el motor de pistón cerámico se llama
un objeto derivado, y hereda todos los aspectos del objeto que
representa el motor de pistón y le añade limitaciones o detalles
adicionales. El objeto que representa el motor de pistón cerámico
"depende de" el objeto que representa el motor de pistón. La
relación entre estos objetos se llama herencia.
Cuando el objeto o clase que representa el motor
de pistón cerámico hereda todos los aspectos de los objetos que
representan el motor de pistón, hereda las características térmicas
de un pistón estándar definido en la clase de motor de pistón. Sin
embargo, el objeto de motor de pistón cerámico anula esas
características térmicas específicas de la cerámica, que son
normalmente diferentes de aquellas asociadas con un pistón de
metal. Este pasa por alto el original y utiliza las nuevas funciones
que se refieren a pistones cerámicos. Diferentes tipos de motores
de pistón tienen diferentes características, pero pueden tener las
mismas funciones subyacentes asociadas con éste (por ejemplo,
cuántos pistones hay en el motor, secuencias de encendido,
lubricación, etc). Para acceder a estas funciones en cualquier
objeto de motor de pistón, un programador llamaría a las mismas
funciones con los mismos nombres, pero cada tipo de motor de pistón
puede tener implementaciones diferentes/primordiales de funciones
detrás del mismo nombre. Esta aptitud para esconder diferentes
implementaciones de una función detrás del mismo nombre se llama
polimorfismo y simplifica enormemente la comunicación entre
objetos.
Con los conceptos de relación de composición,
encapsulación, herencia y polimorfismo, un objeto puede representar
casi cualquier cosa en el mundo real. De hecho, la percepción lógica
individual de la realidad es el único límite al determinar los
tipos de cosas que pueden transformarse en objetos en software
orientado a objetos. Algunas categorías típicas son las que
siguen:
- los objetos pueden representar objetos
físicos, tales como automóviles en una simulación de flujo de
tráfico, componentes eléctricos en un programa de diseño de
circuitos, países en un modelo económico, o aviones en un sistema de
control de tráfico aéreo.
- Los objetos pueden representar elementos del
entorno de usuario de ordenador tales como ventanas, menús u objetos
gráficos,
- Un objeto puede representar un inventario, tal
como un archivo personal o una tabla de las latitudes y longitudes
de ciudades.
\newpage
- Un objeto puede representar tipos de datos
definidas por el usuario como tiempo, ángulos, y números complejos,
o puntos sobre el plano.
Con esta enorme capacidad de un objeto para
representar casi cualquier materia separable lógicamente, la OOP
permite al desarrollador de software diseñar e implementar un
programa informático que sea un modelo de algunos aspectos de la
realidad, tanto si esa realidad es una entidad física, un proceso,
un sistema, o una composición de materias. Puesto que el objeto
puede representar cualquier cosa, el desarrollador de software puede
crear un objeto que puede utilizarse como un componente en un
proyecto de software más grande en el futuro.
Si el 90% de un nuevo programa de software OOP
consiste en componentes comprobados, existentes hechos a partir de
objetos reutilizables preexistentes, entonces sólo el 10% restante
del nuevo proyecto de software tiene que escribirse y probarse
desde cero. Puesto que el 90% ya viene de un inventario de objetos
reutilizables probados exhaustivamente, el campo potencial a partir
del que podría originarse un error es el 10% del programa. Como
resultado, la OOP permite a los desarrolladores de software
construir objetos a partir de otros, objetos construidos
previamente.
Este proceso se parece mucho a la maquinaria
compleja que se construye a partir de ensamblajes y subensamblajes.
La tecnología OOP, por lo tanto, hace la ingeniería de software más
similar a la ingeniería de hardware en que el software se construye
de componentes existentes, que están disponibles para el
desarrollador como objetos. Todo esto da como resultado una calidad
mejorada del software así como una velocidad aumentada de su
desarrollo.
Los lenguajes de programación están comenzando a
soportar totalmente los principios OOP, tales como la encapsulación,
herencia, polimorfismo, y relación de composición. Con la llegada
del lenguaje C++, muchos desarrolladores de software comercial han
aceptado la OOP. C++ es un lenguaje OOP que ofrece un código rápido,
ejecutable por la máquina. Además, C++ es adecuado tanto para
aplicación comercial como para proyectos de programación de
sistemas. Por ahora, C++ parece ser la opción más popular entre
muchos programadores OOP, pero existe una gran cantidad de otros
lenguajes OOP, tales como Smalltalk, Sistema de Objetos de Lisp
Común (CLOS, Common Lisp Object System), y Eiffel.
Adicionalmente, las capacidades OOP están añadiéndose a lenguajes de
programación informática populares más tradicionales tales como
Pascal.
Los beneficios de las clases de objetos pueden
resumirse, tal como sigue:
- los objetos y sus clases correspondientes
desglosan los problemas de programación complejos en muchos
problemas más pequeños, más simples.
- La encapsulación impone la abstracción de
datos a través de la organización de datos en objetos pequeños,
independientes que pueden comunicarse entre sí. La encapsulación
protege de daño accidental los datos en un objeto, pero permite a
otros objetos interactuar con los datos llamando a las funciones y
estructuras miembros del objeto.
- La subclasificación y herencia hacen posible
extender y modificar los objetos a través de derivar nuevos tipos
de objetos de las clases estándar disponibles en el sistema. Por
tanto, se crean nuevas capacidades sin tener que empezar desde el
principio.
- El polimorfismo y la herencia múltiple hacen
posible que diferentes programadores mezclen y ajusten
características de muchas clases diferentes y creen objetos
especializados que puedan funcionar todavía con objetos relacionados
de maneras previsibles.
- Las jerarquías de clases y las jerarquías de
contención proporcionan un mecanismo flexible para modelar objetos
del mundo real y las relaciones entre ellos.
- Las librerías de clases reutilizables son
útiles en muchas situaciones, pero también pueden tener algunas
limitaciones. Por ejemplo:
- Complejidad. En un sistema complejo, las
jerarquías de clases para clases relacionadas pueden volverse
extremadamente confusas, con muchas docenas o incluso cientos de
clases.
- Flujo de control. Un programa escrito con la
ayuda de librerías de clases es todavía responsable del flujo de
control (es decir, debe controlar las interacciones entre todos los
objetos creados de una librería particular). El programador tiene
que decidir a qué funciones llamar en qué momentos para qué tipos de
objetos.
- Duplicación de esfuerzo. Aunque las librerías
de clases permiten a los programadores utilizar y reutilizar muchos
elementos de código pequeños, cada programador junta esos elementos
de una manera diferente. Dos programadores diferentes pueden
utilizar el mismo conjunto de librerías de clases para escribir dos
programas que hacen exactamente lo mismo pero cuya estructura
interna (es decir, diseño) puede ser bastante diferente, dependiendo
de cientos de pequeñas decisiones que cada programador hace sobre
la marcha. Inevitablemente, elementos de código similares terminan
haciendo cosas similares de maneras ligeramente diferentes y no
funcionan tan bien juntas como deberían.
Las librerías de clases son muy flexibles. A
medida que los programas se hacen más complejos, más programadores
están obligados a reinventar soluciones básicas a problemas básicos
una y otra vez. Una extensión relativamente nueva del concepto de
librerías de clases es tener un marco de trabajo de librerías de
clases. Este marco de trabajo es más complejo y consiste en
colecciones significativas de clases colaboradoras que captan tanto
los patrones a pequeña escala como los mecanismos muy importantes
que implementan los requerimientos comunes y diseñan en un campo de
aplicación específico. Se desarrollaron en primer lugar para
programadores de aplicaciones libres a partir de las tareas
implicadas en menús de visualización, ventanas, cuadros de diálogo,
y otros elementos de interfaz de usuario estándar para ordenadores
personales.
Los marcos de trabajo también representan un
cambio en la manera en la que los programadores piensan acerca de
la interacción entre el código que ellos escriben y el código
escrito por otros. Anteriormente en la programación de
procedimientos, los programadores llamaban a librerías
proporcionadas por el sistema operativo para realizar ciertas
tareas, pero básicamente el programa ejecutaba hacia abajo la página
desde el inicio hasta el final, y el programador era responsable
exclusivamente del flujo de control. Esto era apropiado para
imprimir cheques de sueldo, calcular una tabla matemática, o
solucionar otros problemas con un programa que se ejecutaba de sólo
una manera.
El desarrollo de interfaces de usuario gráficas
comenzó a cambiar completamente esta disposición de programación de
procedimientos. Estas interfaces permiten al usuario, en lugar de a
la lógica del programa, manejar el programa y decidir cuándo
deberían realizarse ciertas acciones. Actualmente, la mayoría de
software de ordenadores personales llevan a cabo esto por medio de
un bucle de eventos que supervisa el ratón, teclado, y otras fuentes
de eventos externos y llama a las partes apropiadas del código del
programador según acciones que el usuario realiza. El programador
ya no determina el orden en que ocurren los eventos. En su lugar, un
programa se divide en elementos separados que se llaman en momentos
imprevisibles en un orden imprevisible. Cediendo el control de esta
manera a los usuarios, el desarrollador crea un programa que es
mucho más fácil de utilizar. No obstante, los elementos
individuales del programa escrito por el desarrollador todavía llama
a librerías proporcionadas por el sistema operativo para llevar a
cabo ciertas tareas, y el programador todavía debe determinar el
flujo de control dentro de cada elemento después de que se haya
llamado mediante el bucle de eventos. El código de la aplicación
todavía "se sitúa sobre" el sistema.
Incluso los programas de bucle de eventos
requieren programadores para escribir una gran cantidad de código
que no necesitaría escribirse por separado para cada aplicación. El
concepto de un marco de trabajo de aplicación desarrolla el
concepto de bucle de eventos. En lugar de ocuparse de todos los
aspectos esenciales de la construcción de menús, ventanas y cuadros
de diálogo básicos y luego hacer que estas cosas funciones todas
juntas, los programadores que utilizan marcos de trabajo de
aplicación empiezan con código de aplicación de trabajo y elementos
de interfaz de usuario básicos ya en su lugar. Posteriormente,
construyen a partir de esto sustituyendo algunas de las capacidades
genéricas del marco de trabajo por las capacidades específicas de la
aplicación prevista.
Los marcos de trabajo de aplicación reducen la
cantidad total de código que un programador tiene que escribir
desde el principio. Sin embargo, debido a que el marco de trabajo es
en realidad una aplicación genérica que visualiza ventanas, suporta
cortado y pegado, etcétera, el programador puede también renunciar
al control en mayor medida de lo que permiten los programas de
bucle de eventos. El código del marco de trabajo se encarga de casi
todo el tratamiento de eventos y flujo de control, y el código del
programador se llama sólo cuando el marco de trabajo lo necesita
(por ejemplo, para crear o manipular una estructura de datos
propietaria).
Un programador que escribe un programa de marco
de trabajo no sólo cede el control al usuario (como también es
cierto para programas de bucle de eventos), si no que también cede
el flujo de control detallado dentro del programa al marco de
trabajo. Este enfoque permite la creación de sistemas más complejos
que funcionan conjuntamente de maneras interesantes, a diferencia
de los programas aislados, que tienen código personalizado,
creándose una y otra vez para problemas similares.
Por tanto, tal como se explicó anteriormente, un
marco de trabajo básicamente es una colección de clases que actúan
conjuntamente, que forman una solución de diseño reutilizable para
un ámbito de problemas dado. Normalmente incluye objetos que
proporcionan comportamiento por defecto (por ejemplo, para menús y
ventanas), y los programadores lo usan heredando algo de ese
comportamiento por defecto y sobreescribiendo otro comportamiento de
tal modo que el marco de trabajo llama al código de la aplicación
en los momentos apropiados.
Existen tres diferencias principales entre
marcos de trabajo y librerías de clases:
- Comportamiento frente a protocolo. Las
librerías de clases son fundamentalmente colecciones de
comportamientos que pueden llamarse cuando se quieren esos
comportamientos individuales en un programa. Un marco de trabajo,
por otro lado, proporciona no sólo el comportamiento sino también el
protocolo o conjunto de reglas que gobiernan las formas en las que
pueden combinarse los comportamientos, incluyendo reglas para lo que
se supone que un programador proporciona frente a lo que
proporciona el marco de trabajo.
- Llamada frente a sobreescritura. Con una
librería de clases, el código del programador instancia objetos y
llama a sus funciones miembro. Es posible instanciar y llamar a
objetos de la misma manera con un marco de trabajo (es decir,
tratar el marco de trabajo como una librería de clases), pero para
aprovechar totalmente un diseño reutilizable de marco de trabajo,
un programador normalmente escribe código que sobreescribe y se
llama mediante el marco de trabajo. El marco de trabajo gestiona el
flujo de control entre sus objetos. Escribir un programa implica
dividir responsabilidades entre los diversos elementos de software
que se llaman mediante el marco de trabajo más que especificar cómo
los diferentes elementos deberían funcionar juntos.
- Implementación frente a diseño. Con librerías
de clases, los programadores reutilizan sólo implementaciones,
mientras que con marcos de trabajo, reutilizan el diseño. Un marco
de trabajo implementa la manera en la que funciona una familia de
programas o elementos de software relacionados. Representa una
solución de diseño genérica que puede adaptarse a una variedad de
problemas específicos en un ámbito dado. Por ejemplo, un marco de
trabajo único puede implementar la manera en la que funciona una
interfaz de usuario, aunque dos interfaces de usuario diferentes
creadas con el mismo marco de trabajo podrían solucionar problemas
de interfaz bastante diferentes.
Por tanto, a través del desarrollo de marcos de
trabajo para soluciones a diversos problemas y tareas de
programación, pueden lograrse reducciones significativas en el
esfuerzo de diseño y desarrollo para software.
Inalámbrico se refiere a un sistema de
comunicaciones, supervisión o control en el que el espectro de
radicación electromagnética u ondas acústicas llevan una señal a
través del espacio atmosférico en lugar de a lo largo de un cable.
En la mayoría de los sistemas inalámbricos, se utilizan ondas de
radiofrecuencia (RF, Radio Frecuency) o transmisión
infrarroja (IR, Infrared). Algunos sistemas de supervisión,
tales como alarmas de intrusión, emplean ondas acústicas a
frecuencias por encima del rango de audición humana.
Los experimentadores antiguos en física
electromagnética soñaban con construir un denominado telégrafo
inalámbrico. Los primeros transmisores de telégrafo inalámbrico
iban por el aire en los primeros años del siglo XX. Más tarde,
cuando la modulación en amplitud (AM, Amplitude Modulation)
hizo posible transmitir voces y música de manera inalámbrica, el
medio pasó a llamarse radio. Con la llegada de la televisión,
el fax, la comunicación de datos, y la utilización efectiva de una
parte más grande del espectro electromagnético, el término original
se ha recuperado de nuevo.
Ejemplos comunes de equipos inalámbricos en uso
actualmente incluyen el sistema de posicionamiento global,
teléfonos y buscas de telefonía celular, accesorios informáticos sin
cable (por ejemplo, el ratón sin cable), terminales de control de
sistemas de entretenimiento doméstico, llaves a distancia para
puertas de garajes, radios bidireccionales y monitores de bebés. Un
número creciente de compañías y organizaciones están utilizando LAN
inalámbrica. Los transceptores inalámbricos están disponibles para
la conexión a ordenadores portátiles o agendas ordenador,
permitiendo acceso a Internet en ciudades seleccionadas sin la
necesidad de ubicar una clavija telefónica. Finalmente, será
posible conectar cualquier ordenador a Internet a través de
satélite, sin importar dónde pudiera estar ubicado el ordenador en
el mundo.
Una tasa de error de bits (BER) en transmisión
de telecomunicación es el porcentaje de bits que tienen errores en
relación con el número total de bits recibidos en una transmisión,
expresada habitualmente como diez elevado a una potencia negativa.
Por ejemplo, una transmisión podría tener una BER de 10 a la menos
6, que significa que, de entre 1.000.000 bits transmitidos, uno era
erróneo. La BER es una indicación de con qué frecuencia tiene que
retransmitirse un paquete u otra unidad de datos debido a un error.
Una BER demasiado alta puede indicar que una tasa de datos más
lenta podría mejorar realmente el tiempo de transmisión global para
una cantidad dada de datos transmitidos puesto que podría reducirse
la BER, reduciéndose el número de paquetes que tendrían que
reenviarse.
El cociente señal-ruido (S/N o
SNR, Signal-to-Noise Ratio) es una
medida de la intensidad de señal en relación con el ruido de fondo.
El cociente se mide normalmente en decibelios (dB). Si la intensidad
de la señal entrante en microvoltios es V_{S}, y el nivel de
ruido, también en microvoltios, es V_{n}, entonces el cociente
señal-ruido, S/N, en decibelios viene dado por la
fórmula:
S/N = 20 \
log_{10}(V_{S}/V_{n})
Si V_{S}=V_{n}, entonces S/N=0. En esta
situación, las fronteras de señal son ilegibles, debido a que el
nivel de ruido compite severamente con ésta. En comunicaciones
digitales, esto puede provocar una reducción en la velocidad de
datos debido a errores frecuentes que requieren que el ordenador o
terminal fuente (de transmisión) reenvíen algunos paquetes de
datos. Idealmente, V_{S} es mayor que V_{n}, por lo que S/N es
positivo. Como ejemplo, supóngase que V_{S}=10,0 microvoltios y
V_{n}=1,00 microvoltio. Entonces:
S/N = 20 \
log_{10}(10 . 0) = 20 . 0 \
dB
lo que da como resultado que la
señal pueda leerse claramente. Si la señal es mucho más débil pero
está todavía por encima del ruido, digamos, por ejemplo, 1,30
microvoltios,
entonces:
S/N = 20 \
log_{10}(10 . 30) = 2 . 28 \
dB
que es una situación marginal.
Puede haber alguna reducción en la velocidad de datos en estas
condiciones.
Si V_{S} es menor que V_{n}, entonces S/N es
negativo. En este tipo de situación, en general no puede ser
posible la comunicación fiable a menos que se tomen medidas para
aumentar el nivel de señal y/o disminuir el nivel de ruido en el
ordenador o terminal de destino (de recepción).
El espectro ensanchado convencional es una forma
de comunicación inalámbricas en la que la frecuencia de la señal
transmitida se varía intencionadamente. Esto da como resultado un
ancho de banda mucho mayor que el que tendría la señal si su
frecuencia no se variase. Una señal inalámbrica convencional tiene
una frecuencia, especificada normalmente en megahercios (MHz) o
gigahercios, que no cambia con el tiempo (excepto por fluctuaciones
pequeñas, rápidas que ocurren como resultado de la modulación).
Cuando se escucha una señal a 103,1 MHz en un receptor estéreo FM,
por ejemplo, la señal permanece a 103,1 MHz. No sube hasta 105,1 KHz
ni baja a 99,1 MHz. Los dígitos en el dial de frecuencia de radio
permanecen iguales en todo momento. La frecuencia de una señal
inalámbrica convencional se conserva tan constante como el estado de
la técnica lo permita, por lo que el ancho de banda puede
conservarse dentro de ciertos límites, y por lo que la señal puede
localizarse fácilmente por alguien que quiera recuperar la
información.
Hay al menos dos problemas con las
comunicaciones inalámbricas convencionales que pueden ocurrir bajo
ciertas circunstancias. En primer lugar, una señal cuya frecuencia
es constante está sometida a interferencia catastrófica. Esto
ocurre cuando se transmite otra señal en, o muy próxima a, la
frecuencia de la señal deseada. La interferencia catastrófica puede
ser accidental (tal como en comunicaciones de radioaficionados) o
puede ser intencionada (tal como en tiempo de guerra). En segundo
lugar, una señal de frecuencia constante es fácil de interceptar, y
por lo tanto no es muy idónea para aplicaciones en las que la
información debe conservarse confidencial entre la fuente (parte de
transmisión) y el destino (parte de recepción).
Para minimizar los problemas que pueden surgir
de las vulnerabilidades mencionadas anteriormente de circuitos de
comunicaciones convencionales, la frecuencia de la señal transmitida
puede variarse intencionadamente sobre un segmento relativamente
grande del espectro de radiación electromagnética. Esta variación se
hace según una función matemática específica, pero complicada. Con
el fin de interceptar la señal, un receptor debe sintonizarse a
frecuencias que varían con precisión según esta función. El receptor
debe "conocer" la función de frecuencia frente a tiempo
empleada por el transmisor, y también debe "conocer" el punto
de inicio de tiempo en el que comienza la función. Si alguien
quiere interferir una señal de espectro ensanchado, esa persona debe
tener un transmisor que "conozca" la función y su punto de
inicio de tiempo. La función de espectro ensanchado debe
conservarse fuera del alcance de personas o entidades no
autorizadas.
Los esquemas de espectro ensanchado previos
utilizan un esquema digital llamado salto de frecuencia. La
frecuencia del transmisor cambia de manera brusca, muchas veces
cada segundo. Entre los "saltos", la frecuencia del transmisor
es estable. La longitud de tiempo que el transmisor se mantiene en
una frecuencia dada entre "saltos" se conoce como el tiempo de
permanencia. Unos pocos circuitos de espectro ensanchado emplean
variación de frecuencia continua, que es un esquema análogo.
La radio de banda ultraancha (también conocida
como inalámbrica de pulso digital) es una tecnología inalámbrica
para transmitir grandes cantidades de datos digitales por un
espectro de radiación electromagnético ancho de bandas de
frecuencia con muy baja potencia. La radio de banda ultraancha no
sólo puede transportar una cantidad enorme de datos por una
distancia corta (hasta varios miles de pies) a densidades de
potencia muy bajas (unos pocos nanovatios/Hz), sino que tiene la
capacidad de transportar señales a través de puertas y otros
obstáculos que tienden a reflejar señales en anchos de banda más
limitados y una potencia mayor.
La radio de banda ultraancha emite pulsos
digitales que se sincronizan con mucha precisión en una señal por
un espectro muy ancho (número de bandas de frecuencia) en el mismo
momento. El transmisor y el receptor deben estar coordinados para
enviar y recibir pulsos con una precisión de trillonésimas de
segundo. A una banda de frecuencia dada que puede ya estar en uso,
la señal de banda ultraancha tiene menos potencia que el ruido de
fondo normal y esperado por lo que teóricamente no es posible
interferencia. Existe el potencial de una tasa de transmisión de
datos de billones de bits por segundo utilizando esta
tecnología.
El acceso múltiple por división de código (CDMA)
es una técnica de modulación en espectro ensanchado digital que se
transmite por ondas de radio y se utiliza principalmente con
dispositivos de comunicaciones personales tales como teléfonos
móviles. Utiliza códigos matemáticos para transmitir y distinguir
entre múltiples conversaciones inalámbricas. Los métodos CDMA y
similares a CDMA pueden utilizarse con radios de banda ultraancha
para aumentar el número de usuarios que pueden soportarse desde una
estación base.
La tecnología que subyace en CDMA es la
comunicación de espectro ensanchado. Para entender la transmisión
CDMA, es necesario tener una comprensión general de cómo funciona la
tecnología inalámbrica. La tecnología inalámbrica crea un enlace
virtual por el aire que imita una conexión por cable física. El
principio de la comunicación de espectro ensanchado, una técnica de
modulación que dispersa las transmisiones de datos por una banda de
frecuencia disponible, lo hace posible. En comunicaciones de
espectro ensanchado una unidad inalámbrica explora un grupo de
canales de control para determinar la señal de estación base más
intensa. Cuando se pide una llamada telefónica, se envía una señal
a la estación base. El centro de conmutación móvil (MSC, Mobile
Switching Center) manda la solicitud a todas las estaciones base
en el sistema celular. El número de identificación móvil (MIN,
Mobile Identification Number), que es el número de teléfono
del abonado, se emite entonces como un mensaje de radiomensajería a
los canales de control directos por todo el sistema celular. El
móvil recibe el radiomensaje, y se identifica a sí mismo a través
del canal de control inverso. La estación base del móvil informa al
MSC del "establecimiento de comunicación", y el MSC ordena a la
estación base que mueva la llamada a un canal no utilizado. Todos
estos eventos suceden en unos pocos segundos que son imperceptibles
para los usuarios.
Una vez que se ha iniciado una llamada por el
usuario, CDMA digitaliza la conversación y la marca con un código
especial. Los datos se dispersan entonces por la banda de
frecuencia, y se ordena al dispositivo de recepción que descifre
sólo los datos correspondientes a un código particular par
reconstruir la señal.
Aunque hubiese cientos de canales disponibles,
si cada canal se asignase a sólo una célula, la capacidad total del
sistema sería igual al número total de canales, ajustada para la
probabilidad de bloqueo Erlang: sólo unos pocos miles de abonados
por sistema. Reutilizando los canales en múltiples células el
sistema puede crecer sin límites geográficos.
Reutilizar depende fundamentalmente del hecho de
que la atenuación del campo electromagnético en las bandas
celulares tiende a ser más rápida con la distancia de lo que es en
espacio libre. Las mediciones han mostrado repetidamente que
normalmente la intensidad del campo disminuye como R^{-n}, con
3<n<5. En espacio libre n=2. De hecho, se muestra fácilmente
que el concepto celular falla completamente debido a la
interferencia que crece sin límites si la propagación es
exactamente de espacio libre.
La reutilización celular típica
(pre-CDMA) se racionaliza fácilmente considerando un
sistema idealizado. Si se supone que la propagación es
uniformemente R^{-n}, y que los límites de célula están en los
puntos equiseñal, entonces se cubre de manera óptima un área de
servicio plana mediante la disposición de células hexagonal clásica
en la que se utilizan siete conjuntos de canales, con un conjunto en
cada célula. Esta unidad de siete células se replica por la
totalidad del área de servicio.
No hay células similares adyacentes, y por lo
tanto no hay células adyacentes que utilicen el mismo canal. Aunque
los sistemas reales nunca se parecen a este embaldosado hexagonal
idealizado de un plano, la reutilización de siete vías es típica de
lo logrado en la práctica.
La capacidad de un patrón de reutilización de K
vías es simplemente el número total de canales disponibles dividido
por K. Con K=7 y 416 canales, hay aproximadamente 57 canales
disponibles por célula. A una carga ofrecida típica de 0,05 Erlangs
por abonado, cada sitio soporta aproximadamente 1.140 abonados.
Podría esperarse que la capacidad del sistema
pudiera aumentarse mediante división en sectores de antena. Los
sitios de hecho están divididos en sectores por los operadores,
normalmente en tres vías. Es decir, cada sitio está equipado con
tres conjuntos de antenas direccionales, con sus acimuts separados
en 120º. Desafortunadamente, para sistemas basados en frecuencias
utilizados actualmente, la división en sectores no lleva en la
práctica a un aumento de la capacidad. La razón es que el
aislamiento entre sector y sector, a menudo no más de unos pocos
dB, es insuficiente para garantizar aceptablemente baja
interferencia. Esto se debe sólo en parte a la mala relación
anterior-posterior de las antenas. Las rarezas de la
propagación electromagnética en el mundo real también contribuyen a
mezclar señales entre sectores. El resultado en la práctica de la
división en sectores es sólo un aumento en la cobertura debido a la
ganancia directa aumentada de la antena direccional. Con la
reutilización no hay ganancia. En células divididas en sectores se
aplica el mismo patrón de reutilización de células de siete vías
que en células omnidireccionales. Visto desde el punto de vista de
los sectores, la reutilización es K=7*3=21, no 7.
CDMA ofrece una respuesta al problema de la
capacidad. La clave para su alta capacidad es la utilización de
ondas portadoras a modo de ruido, tal como sugirió por primera vez
Claude Shannon hace décadas. En lugar de dividir o bien el espectro
o bien el tiempo en "ranuras" inconexas se otorga a cada
usuario una instancia diferente de portadora de ruido. Aunque esas
formas de onda no son rigurosamente ortogonales, están cerca de
serlo. La aplicación práctica de este principio siempre ha utilizado
seudorruido generado digitalmente, más que ruido término verdadero.
Los beneficios básicos se preservan, y los transmisores y receptores
se simplifican porque grandes partes pueden implementarse
utilizando dispositivos digitales de alta densidad.
El mayor beneficio de las portadoras a modo de
ruido es que la sensibilidad del sistema a la interferencia se
altera fundamentalmente. Los sistemas ranurados en tiempo o
frecuencia tradicionales deben diseñarse con un cociente de
reutilización que satisfaga el escenario de interferencia en el peor
caso, pero sólo una pequeña fracción de usuarios experimenta
realmente el peor caso. La utilización de portadoras a modo de
ruido, con todos los usuarios ocupando el mismo espectro, hace el
ruido efectivo la suma de todas las señales de otros usuarios. El
receptor correlaciona su entrada con la portadora de ruido deseada,
mejorando el cociente señal-ruido en el detector.
La mejora supera el ruido sumado lo suficiente para proporcionar un
SNR adecuado en el detector. Debido a que la interferencia se suma,
el sistema ya no es sensible a la interferencia en el peor caso,
sino más bien a la interferencia promedio.
La capacidad se determina mediante el equilibrio
entre el SNR requerido para cada usuario y la ganancia de
procesamiento de espectro ensanchado. El coeficiente de calidad de
un receptor digital bien diseñado es el cociente
señal-ruido (SNR) adimensional:
\vskip1.000000\baselineskip
La parte de "ruido" del SNR, en un sistema
de espectro ensanchado es realmente la suma del ruido térmico y la
interferencia de otros usuarios. El SNR necesario para lograr una
tasa de error particular depende de varios factores, tales como la
codificación de corrección de errores hacia delante utilizada, y el
entorno multitrayectoria y de desvanecimiento de la señal. Para los
receptores utilizados normalmente en CDMA comercial, varía
normalmente entre 3dB y 9dB.
La energía por bit se refiere a la potencia de
señal y tasa de transmisión de datos:
El término ruido + interferencia es la densidad
espectral de potencia. Si el espectro de las señales es
aproximadamente rectangular, con un ancho de banda de W, entonces
la densidad espectral de potencia de ruido + interferencia es:
\vskip1.000000\baselineskip
en la que el primer término
representa el nivel de ruido térmico del receptor (F_{N}= valor de
ruido del receptor). Reescribiendo la ecuación de SNR en términos
de la tasa de transmisión de datos y el ancho de banda de espectro
ensanchado se ve dónde está lo
especial:
\vskip1.000000\baselineskip
La interferencia en esta ecuación es la suma de
las señales de todos los usuarios distintos al de interés.
Históricamente, CDMA (y el espectro ensanchado
en general) se rechazaba como impracticable en el entorno de radio
móvil debido a lo que se llamaba el "problema de
cercanía-lejanía". Siempre se suponía que todas
las estaciones transmitían potencia constante. En el entorno de
radio móvil algunos usuarios pueden estar ubicados próximos a la
estación base, otros puede estar ubicados lejos. La diferencia de
pérdida trayectoria de propagación entre aquellos usuarios de
extremo puede ser de muchas decenas de dB. Supóngase, por ejemplo
que sólo están presentes dos usuarios, y que ambos están
transmitiendo con potencia suficiente de tal manera que el ruido
térmico es insignificante. Entonces el SNR, en dB, es:
\vskip1.000000\baselineskip
Si hay, por ejemplo, diferencia de 30dB entre
las pérdidas de trayectoria más grandes y más pequeñas, entonces
hay una diferencia de 60dB entre el SNR del usuario más próximo y
del usuario más lejano, porque estas son las potencias recibidas.
Para albergar a los usuarios más lejanos, el ancho de banda de
ensanchamiento tendría que ser quizás 40 dB, o 10.000 veces la tasa
de transmisión de datos. Si la tasa de transmisión de datos fuese
10.000 b/s, entonces W=100 MHz. La eficacia espectral es pésima,
bastante peor que incluso el sistema FDMA o TDMA más ineficaz. Por
el contrario, si se elige un ancho de banda más razonable, entonces
los usuarios remotos no reciben servicio.
Esta observación fue, durante años, la base para
ni siquiera intentar cualquier tipo de espectro ensanchado en
cualquier entorno de satélite menos en los geosíncronos, en los que
el ensanchamiento de pérdida de trayectoria era relativamente
pequeño.
La clave de la alta capacidad de CDMA comercial
es extremadamente sencilla: control de potencia. Si, en lugar de
utilizar potencia constante, los transmisores pueden controlarse de
tal manera que las potencias recibidas de todos los usuarios son
aproximadamente iguales, entonces se hacen realidad los beneficios
del ensanchamiento. Si se controla la potencia recibida, entonces
los abonados pueden ocupar el mismo espectro, y se adquieren los
beneficios ansiados de promediar la interferencia.
\newpage
Suponiendo un control de potencia perfecto, el
ruido más la interferencia es ahora:
en la que N es el número total de
usuarios. El SNR se transforma
en:
La capacidad máxima se logra si se ajusta el
control de potencia de tal modo que el SNR es exactamente el que
tiene que ser para una tasa de error aceptable. Si se fija el lado
izquierdo de la ecuación anterior a un SNR objetivo y se resuelve
para N, se obtiene la ecuación de capacidad básica para CDMA:
Utilizando los números para CDMA
IS-95 con la tasa de 9,6 kbps fijada, se
obtiene:
o aproximadamente N=32. El SNR
objetivo de 6dB es una estimación nominal. Una vez que está
disponible el control de potencia, el diseñador y el operador del
sistema tienen la libertad de cambiar calidad de servicio por
capacidad ajustando el SNR objetivo. Obsérvese que capacidad y SNRE
son recíprocos: una mejora de tres dB en SNR ocasiona un factor de
pérdida en la capacidad de dos, y
viceversa.
Se ha obviado la diferencia entre N y
N-1 en la ecuación (9). Esto es conveniente en la
matemática de la capacidad, y normalmente es razonable porque la
capacidad es bastante grande.
La capacidad sostenible es proporcional a la
ganancia de procesamiento, reducida por el SNR requerido. Aunque
hay varias consideraciones que se tienen todavía que estudiar, ya
hay una sugerencia de posible mejora de la capacidad. Con
E_{b}/N_{0} en el intervalo de 3 a 9 dB, la ecuación (9) da una
capacidad cercana a de 16 a 64 usuarios. En el mismo ancho de
banda, un único sector de una única célula AMPS tiene sólo 2 canales
disponibles.
La discusión que lleva a la ecuación anterior
(9) supone sólo una única célula, sin interferencia de células
vecinas. Uno podría preguntar qué se ha ganado aquí. La capacidad de
una célula AMPS aislada es asimismo muy alta. De hecho, no hay nada
que impida utilizar todos los canales si no hay vecinos, la
reutilización no se necesita. La capacidad de esta célula AMPS
totalmente poblada sería aproximadamente de 42 canales (1,25 MHz/30
kHz de espaciado de canales). Esto no es muy diferente al número
que se acaba de calcular para CDMA.
Para encontrar lo que sucede con la
interferencia de células vecinas, tiene que añadirse esa
interferencia a la ecuación (3) anterior. La matemática de esto
puede encontrarse en varias de las referencias. Resulta que la
fracción de la interferencia de enlace inverso que viene de la
célula vecina es aproximadamente el 60% de la interferencia de la
célula propia. Y, de manera importante, esta respuesta no es
enormemente sensible a los parámetros del modelo, siempre que se
suponga que los móviles están controlados en potencia de una manera
sensible.
La capacidad del sistema, tal como podría
esperarse, se ve afectada por fenómenos de propagación. Los usuarios
de teléfonos móviles analógicos están familiarizados con el
desvanecimiento de la señal que es bastante irritante,
especialmente en portátiles de
bolsillo cuando se permanece prácticamente quieto. El
desvanecimiento de la señal es un vehículo móvil es más rápido,
estando provocado por el movimiento del vehículo a través de
patrones de interferencia estacionarios, en los que la escala
espacial del patrón de interferencia es la longitud de onda,
aproximadamente un pie. CDMA es mucho más robusto que las técnicas
analógicas en presencia de multitrayectoria, pero afecta a la
capacidad.
Hay dos preguntas que deben tratarse en relación
al desvanecimiento de la señal multitrayectoria y CDMA. Primero,
bajo qué circunstancias CDMA experimentará desvanecimiento de la
señal, y segundo, cuál es el efecto del desvanecimiento de la
señal, cuando este ocurre, en el canal CDMA.
Cuando las componentes multitrayectoria están
"descompuestas" por la forma de onda CDMA, es decir, cuando
sus retardos están separados por al menos un tiempo de
descorrelación del ensanchamiento, entonces pueden separarse
mediante el correlador de desensanchamiento en el receptor. No
interfieren porque cada componente se correlaciona en un retardo
diferente. Cuando las componentes multitrayectoria están separadas
por menos que el tiempo de descorrelación, entonces no pueden
separarse en el receptor, e interfieren unas con otras, llevando a
lo que a veces se llama desvanecimiento de la señal uniforme.
El desvanecimiento de la señal también se
caracteriza como Rayleigh o Ricean. El desvanecimiento de la señal
Rayleigh es el resultado de un vector suma de múltiples componentes
de señal, teniendo cada una una amplitud aleatoria. Puede verse
alternativamente como una señal cuyas amplitudes I y Q son
desviaciones aleatorias gaussianas. El desvanecimiento de la señal
Rayleigh muestra profundas caídas de señal.
Si hay una componente intensa, constante de la
señal, además de las múltiples componentes aleatorias del
desvanecimiento de la señal Rayleigh, entonces se dice que el
desvanecimiento de la señal es Ricean. El desvanecimiento de la
señal Ricean es típico de situaciones de visibilidad directa, en las
que hay una trayectoria directa, no obstaculizada entre las
estaciones, así como superficies de reflexión o dispersión. Las
diferencias de multitrayectoria menores que la duración de un
elemento de código de ensanchamiento llevarán a desvanecimiento de
la señal uniforme; las mayores llevarán a multitrayectoria
descompuesta, que se combinarán en diversidad por el receptor.
Para abordar la segunda cuestión, la de los
efectos del desvanecimiento de la señal, la respuesta es compleja y
es diferente en los enlaces directos e inversos. También depende de
la tasa de desvanecimiento de la señal, que depende a su vez de la
velocidad de la estación móvil. En general el desvanecimiento de la
señal aumenta el SNR promedio necesario para una tasa de errores
particular. El aumento puede ser de hasta quizás 6dB. En el enlace
inverso, el control de potencia mitigará los efectos del
desvanecimiento de la señal a baja velocidad; a alta velocidad
tiene poco efecto. A alta velocidad, y en ambos enlaces, el
intercalado y la codificación FEC se vuelven más efectivos ya que
el tiempo de desvanecimiento característico se vuelve menor que el
margen del intercalador.
El acceso múltiple de espectro ensanchado
transmite la totalidad de la señal por un ancho de banda que es
mucho mayor que el requerido para transmisiones de banda estrecha
estándar con el fin de ganar rendimiento
señal-ruido (S/N). En canales con ruido de banda
estrecha, aumentar el ancho de banda de la señal transmitida da
como resultado una probabilidad aumentada de que la información
recibida sea correcta.
Desde un punto de vista del sistema, al aumento
de rendimiento para sistemas de banda muy ancha se hace referencia
como "ganancia de proceso". Este término se utiliza para
describir la fidelidad de señal recibida ganada a costa del ancho
de banda. Los errores introducidos por un canal ruidoso pueden
reducirse a un nivel deseado sin sacrificar la tasa de
transferencia de información utilizando la ecuación de Claude
Shannon que describe la capacidad del canal:
C =
Wlog2(1+S/N)
en la que C=capacidad del canal en
bits por segundo, W=ancho de banda, S/N=energía por bit/potencia de
ruido.
Los beneficios de aumentar el ancho de banda se
vuelven más claros. El cociente S/N puede disminuirse sin disminuir
la tasa de error de bits. Esto significa que la señal puede
ensancharse por un gran ancho de banda con niveles de potencia
espectral más pequeños y lograr todavía la tasa de transmisión de
datos requerida. Si la potencia de señal total se interpreta como
el área bajo la curva de densidad espectral, entonces las señales
con potencia total equivalente pueden tener o bien una gran potencia
de señal concentrada en un ancho de banda pequeño o bien una
pequeña potencia de señal ensanchada por un gran ancho de banda.
Una señal de espectro ensanchado CDMA se crea
modulando la señal de radio con una secuencia de ensanchamiento (un
código que consiste en una serie de pulsos binarios) conocida como
una señal digital de seudorruido (PN,
Pseudo-Noise) porque hacen que la señal
parezca de banda ancha y "a modo de ruido". El código PN se
ejecuta a una tasa más alta que la señal RF y determina el ancho de
banda de transmisión real. También pueden codificarse
criptográficamente mensajes a cualquier nivel de secretismo deseado
con secuenciamiento directo ya que la totalidad del mensaje
transmitido/recibido es puramente digital.
Un receptor SS utiliza un código de seudorruido
réplica generado localmente y un correlador receptor para separar
sólo la información codificada deseada de todas las posibles
señales. Un correlador SS puede concebirse como un filtro adaptado
especialmente, responde sólo a las señales que están codificadas con
un código de seudorruido que se ajusta a su propio código. Por
tanto un correlador SS (demodulador de señal SS) puede
"sintonizarse" a diferentes códigos cambiando simplemente su
código local. Este correlador no responde a ruido o interferencia
ocasionado por el hombre, natural o artificial. Responde sólo a
señales SS con características de señal adaptadas idénticas y
codificadas con el código de seudorruido idéntico.
Muchas radios de espectro ensanchado pueden
compartir la misma banda de frecuencia, siempre que cada sistema
utilice un código de ensanchamiento único para reducir la
interferencia entre las diferentes radios. Debido a que sólo el
receptor con el código idéntico puede desenganchar la señal para
recuperar la señal, las radios SS pueden tolerar un nivel alto de
interferencia a diferencia de las radios convencionales. SSMA no es
muy eficaz en cuanto al ancho de banda cuando se utiliza por un
único usuario. Sin embargo, puesto que muchos usuarios pueden
compartir el mismo ancho de banda de espectro ensanchado sin
interferir entre sí, los sistemas SS se vuelven eficaces en ancho
de banda en entornos de múltiples usuarios. Esta razón hace la
comunicación SS una opción ideal para áreas metropolitanas con
grandes tasas de bloqueo.
En ensanchamiento de energía por una banda
ancha, o la densidad de potencia espectral más baja, hace a las
señales SS menos probables de interferir con comunicaciones de banda
estrecha, porque la potencia de señal ensanchada está próxima a la
de los niveles de ruido gaussiano. Las comunicaciones de banda
estrecha, por el contrario, provocan poca o ninguna interferencia
en sistemas SS porque el receptor de correlación se integra de
manera efectiva sobre un ancho de banda muy ancho para recuperar una
señal SS. El correlador "ensancha" entonces un perturbador de
banda estrecha por el ancho de banda de detección total del
receptor.
La tecnología CDMA se centra principalmente en
el método de "secuencia directa" de espectro ensanchado. La
secuencia directa es la técnica de espectro ensanchado en la que el
ancho de banda de una señal se aumenta aumentando artificialmente
la tasa de transmisión de datos de bits. Esto se hace descomponiendo
cada bit en un número de subbits llamados "elementos de
código" (chips). Suponiendo que este número es 10, cada
bit de la señal original se dividiría en 10 bits separados, o
"elementos de código". Esto da como resultado un aumento en la
tasa de transmisión de datos por 10. Aumentando la tasa de
transmisión de datos por 10, también se aumenta el ancho de banda
por 10.
La señal se divide en bits más pequeños
multiplicándola por un código de seudorruido, código PN. Un código
PN es una secuencia de bits ("elementos de código") a alta tasa
de transmisión de datos que están comprendidos entre -1 y 1 (polar)
o 0 y 1 (no polar). Cuando se hace referencia al número de
"elementos de código" utilizados, se quiere decir el número de
pequeños bits de datos en el código PN por un único bit de la señal
original. Simplemente multiplicando la señal modulada original por
este código PN a alta tas a de transmisión de datos dará como
resultado dividir la señal en bits más pequeños, y por tanto,
aumentar su ancho de banda. Este proceso se muestra en la figura
poste-
rior.
rior.
El mayor número de "elementos de código"
utilizados da como resultado un ancho de banda más ancho
proporcional al número de "elementos de código".
El funcionamiento básico del transmisor y el
receptor para espectro ensanchado se describirá ahora brevemente.
Supóngase que hay dos transmisores con dos mensajes diferentes para
transmitir. Debería tenerse en cuenta que cada transmisor puede
concebirse como teléfono de células independientes. Cada señal se
multiplica por su propio código de seudorruido único, C1(t)
y C2(t). Estos son los patrones de bits a alta tasa de
transmisión de datos que ensanchan el ancho de banda de la señal.
Para este ejemplo, se supondrá que los valores de margen para el
código PN son -1 y 1. Después de ensanchar el ancho de banda, se
transmite cada señal. Debido a que pueden transmitirse muchas
señales desde diferentes transmisores al mismo tiempo, estas
transmisiones se representan simplemente sumando sus espectros.
En el extremo del receptor, la señal entrante es
la señal de espectro ensanchado. Para que un receptor extraiga un
único mensaje, debe multiplicar la señal entrante por el código PN
correcto. Dado que se ha elegido el código PN para estar
comprendido entre -1 y 1, esta técnica de multiplicar por el código
PN funciona perfectamente. Puesto que la señal original en el
extremo del transmisor se multiplicó por el código PN, y se
multiplicó de nuevo por el mismo código PN en el extremo del
receptor, se canceló de manera efectiva el código PN para ese
mensaje particular. La figura posterior ayuda a ilustrar cómo se
elimina el código PN.
Eliminando el código PN, se eliminan los efectos
de espectro ensanchado para esa señal de mensaje particular. El
circuito del receptor que hace esto se llama correlador, y reduce la
señal ensanchada de nuevo a sólo el flujo de datos original. Esta
operación selecciona sólo la señal deseada mientras que rechaza
todas las frecuencias de alrededor debidas a otros mensajes en el
espectro ensanchado. Este rechazo se conoce como la ganancia de
procesamiento del proceso de correlación de desensanchamiento.
La ganancia de procesamiento es una consecuencia
directa de los procesos de ensanchamiento y desensanchamiento de
señal de radio de secuencia directa. Se refiere al aumento en el
cociente señal-ruido que resulta de este proceso, y
se requiere para comunicaciones de datos satisfactorias. La ganancia
de procesamiento aumenta a medida que aumenta el número de
elementos de código por bit de datos, y puede manipularse por el
diseñador del sistema para conseguir el efecto deseado.
El acceso múltiple por división de frecuencia
(FMDA, Frequency Division Multiple Access), acceso múltiple
por división de tiempo (TMDA, Time Division Multiple Access)
y acceso múltiple por división de código (CMDA, Code Division
Multiple Access) son tres esquemas básicos de acceso múltiple.
FMDA divide los canales de radio en una gama de radiofrecuencias y
se utiliza en el sistema celular analógico tradicional. Con FDMA,
sólo se otorga un abonado a un canal en un momento. Otras
conversaciones pueden acceder a este canal sólo después de que la
llamada del abonado haya terminado o después de que la llamada
original se traspase a un canal diferente por el sistema. Las
normas celulares FDMA incluyen AMPS (servicio de telefonía móvil
avanzado, Advanced Mobile Phone Service) y TACS (sistema de
comunicaciones de acceso total, Total Access Communications
System).
TDMA es una técnica de acceso múltiple común
empleada en sistemas celulares digitales. Divide los canales de
radio convencionales en ranuras de tiempo para obtener capacidad más
alta. Sus normas incluyen el sistema global celular digital
norteamericano, para GSM (comunicaciones móviles) y PDC (celular
digital personal, Personal Digital Cellular). Tal como con
FDMA, otras conversaciones no pueden acceder a un canal TDMA ocupado
hasta que se desocupa el canal.
CDMA utiliza un enfoque radicalmente diferente.
Cede a cada abonado un "código" único para poner a múltiples
usuarios en el mismo canal de banda ancha al mismo tiempo. Los
códigos, llamados "secuencias de código pseudoaleatorio", se
utilizan tanto por la estación móvil como por la estación base para
distinguir entre conversaciones. La norma CDMA
IS-95 se adoptó por la TIA (Telecommunications
Industry Association) y se convirtió en una norma de telefonía
celular digital en 1992. La norma
J-STD-008 para servicios de
comunicaciones personales también fue aceptada por ANSI. CDMA es la
primera tecnología digital que cumple con las exigentes normas de la
CTIA (Cellular Telecommunications Industry Association).
Dependiendo del nivel de movilidad del sistema, proporciona de 10 a
20 veces la capacidad de AMPS, y de 4 a 7 veces la capacidad de
TDMA. CDMA es la única de las tres tecnologías que puede utilizar
eficazmente asignación de espectro y ofrecer servicio a muchos
abonados sin requerir planificación de frecuencia exhaustiva. Todos
los usuarios CDMA pueden compartir la misma banda de frecuencia
porque sus conversaciones se distinguen sólo por código digital,
mientras que los operadores TDMA tienen que coordinar la asignación
de canales en cada célula para evitar interferir con canales
adyacentes. La potencia transmitida promedio requerida por CDMA es
mucho más baja que la que se requiere por las tecnologías FDMA y
TDMA analógicas.
Aunque se han descrito anteriormente diversas
realizaciones, debería entenderse que se han presentado sólo a modo
de ejemplo, y no de limitación. Por tanto, la amplitud y alcance de
una realización preferida no debería limitarse por ninguna de las
realizaciones a modo de ejemplo descritas anteriormente, sino que
debería definirse sólo según las siguientes reivindicaciones.
Claims (34)
1. Método para gestionar la idoneidad de canal
en un esquema de acceso múltiple, que comprende:
obtener (202) información que se refiere a ruido
asociado con un canal;
estimar (204) un efecto potencial del ruido en
una calidad de transmisión del canal basándose en la información
obtenida;
otorgar (206) una calificación al canal
basándose en el efecto potencial estimado;
clasificar (208) el canal en una clase de grado
de servicio basándose en la calificación otorgada, en el que la
clase de grado de servicio se refiere a la idoneidad del canal para
transportar un tipo de datos particular, y las clases de grado de
servicio incluyen una clase para un grado de servicio adecuado para
datos alfanuméricos, una clase para un grado de servicio adecuado
para datos de vídeo, una clase para un grado de servicio adecuado
para datos de audio, y una clase para un grado de servicio no
adecuado para datos; y
almacenar (210) información que se refiere al
canal y a la calificación y grado asociados en una base de
datos.
2. Método según la reivindicación 1, en el que
obtener información que se refiere a ruido asociado con un canal
comprende adicionalmente: muestrear (302) ruido de canal; y
correlacionar (510) el ruido de canal muestreado con el canal.
3. Método según la reivindicación 1, en el que
estimar (204) un efecto potencial del ruido en la calidad de
transmisión del canal basándose en la información obtenida comprende
adicionalmente determinar (516) una tasa de error de bits prevista
para el canal basándose en la información obtenida.
4. Método según la reivindicación 3, en el que
determinar (516) la tasa de error de bits prevista para el canal
comprende adicionalmente: calcular una o más métricas de
interferencia para el canal utilizando la información obtenida; y
utilizar las métricas de interferencia calculadas para determinar la
tasa de error de bits prevista.
5. Método según la reivindicación 4, en el que
las métricas de interfaz incluyen una tasa (514) de error de
modulación por posición de pulso.
6. Método según la reivindicación 1, que
comprende adicionalmente: dar prioridad al canal en la clase de
grado de servicio basándose en la calificación del canal.
7. Método según la reivindicación 6, en el que
la información que se refiere a la prioridad del canal se almacena
en la base (110) de datos.
8. Método según la reivindicación 1, en el que
el canal se obtiene a partir de la base (110) de datos.
9. Método según la reivindicación 1, en el que
el canal se prueba (802) periódicamente para determinar si necesita
cambiarse la clase de grado de servicio del canal.
10. Método según la reivindicación 1, que
comprende adicionalmente: recibir (812) una solicitud para un canal
desde un solicitante; buscar en la base (110) de datos para obtener
un canal adecuado para satisfacer la solicitud; asignar (816) el
canal adecuado al solicitante, notificar (818) al solicitante que
utilice el canal asignado, e indicar (820) en la base (110) de
datos que el canal asignado está en uso.
11. Método según la reivindicación 1, que
comprende adicionalmente: recibir (806) información que se refiere
a la utilización de un canal cuando un usuario renuncia a la
utilización del canal; determinar (808) una tasa de error de bits
real para el canal al que se ha renunciado basándose en la
información recibida, otorgar una calificación al canal al que se
ha renunciado basándose en la tasa de error de bits real; clasificar
(810) el canal en una clase de grado de servicio basándose en la
calificación otorgada; actualizar la información que se refiere al
canal almacenada en la base (110) de datos para indicar la clase de
grado de servicio del canal basándose en la tasa de error de bits
real y que el canal está disponible para la utilización.
12. Método según la reivindicación 1, en el que
el canal comprende un código de secuencia en un esquema de acceso
múltiple por división de código (CDMA).
13. Método según la reivindicación 1, en el que
el canal comprende un canal de radio de banda ultraancha.
14. Sistema para gestionar la idoneidad del
canal en un esquema de acceso múltiple, que comprende:
lógica para obtener (202) información que se
refiere a ruido asociado con un canal;
lógica para estimar (204) un efecto potencial
del ruido en una calidad de transmisión del canal basándose en la
información obtenida;
lógica para otorgar (206) una calificación al
canal basándose en el efecto potencial estimado;
lógica para clasificar (208) el canal en una
clase de grado de servicio basándose en la calificación otorgada,
en el que la clase de grado de servicio se refiere a la idoneidad
del canal para transportar un tipo de datos particular, y las
clases de grado de servicio incluyen una clase para un grado de
servicio adecuado para datos alfanuméricos, una clase para un grado
de servicio adecuado para datos de vídeo, una clase para un grado de
servicio adecuado para datos de audio, y una clase para un grado de
servicio no adecuado para datos; y
lógica para almacenar información que se refiere
al canal y a la calificación y grado asociados en una base (110) de
datos.
15. Sistema según la reivindicación 14, en el
que la lógica para obtener información que se refiere a ruido
asociado con un canal comprende además lógica para muestrear (302)
ruido de canal; y lógica para correlacionar (510) el ruido de canal
muestreado con el canal.
16. Sistema según la reivindicación 14, en el
que la lógica para estimar (204) un efecto potencial del ruido en
la calidad de transmisión del canal basándose en la información
obtenida comprende adicionalmente lógica para determinar (516) una
tasa de error de bits prevista para el canal basándose en la
información obtenida.
17. Sistema según la reivindicación 16, en el
que la lógica (516) para determinar la tasa de error de bits
prevista para el canal comprende adicionalmente lógica para calcular
una o más métricas de interferencia para el canal utilizando la
información obtenida; y lógica para utilizar las métricas de
interferencia calculadas para determinar la tasa de error de bits
prevista.
18. Sistema según la reivindicación 17, en el
que las métricas de interfaz incluyen una tasa (514) de error de
modulación por posición de pulso.
19. Sistema según la reivindicación 14, que
comprende adicionalmente lógica para dar prioridad al canal en la
clase de grado de servicio basándose en la calificación del
canal.
20. Sistema según la reivindicación 19, en el
que la información que se refiere a la prioridad del canal se
almacena en la base (110) de datos.
21. Sistema según la reivindicación 14, en el
que el canal se obtiene a partir de la base (110) de datos.
22. Sistema según la reivindicación 14, en el
que el canal se prueba (802) periódicamente para determinar si
necesita cambiarse la clase de grado de servicio del canal.
23. Sistema según la reivindicación 14, que
comprende adicionalmente lógica para recibir (812) una solicitud
para un canal desde un solicitante; lógica para buscar en la base
(110) de datos para obtener un canal adecuado para satisfacer la
solicitud; lógica para asignar (816) el canal adecuado al
solicitante, lógica para notificar (818) al solicitante que utilice
el canal asignado, y lógica para indicar (820) en la base de datos
que el canal asignado está en uso.
24. Sistema según la reivindicación 14, que
comprende adicionalmente lógica para recibir (806) información que
se refiere a la utilización de un canal cuando un usuario renuncia a
la utilización del canal, lógica para determinar (808) una tasa de
error de bits real para el canal al que se ha renunciado basándose
en la información recibida, lógica para otorgar una calificación al
canal al que se ha renunciado basándose en la tasa de error de bits
real; lógica para clasificar (810) el canal en una clase de grado de
servicio basándose en la calificación otorgada; lógica para
actualizar la información que se refiere al canal almacenada en la
base (110) de datos para indicar la clase de grado de servicio del
canal basándose en la tasa de error de bits actual y que el canal
está disponible para la utilización.
25. Sistema según la reivindicación 14, en el
que el canal comprende un código de secuencia en un esquema de
acceso múltiple por división de código (CDMA).
26. Sistema según la reivindicación 14, en el
que el canal comprende un canal de radio de banda ultraancha.
27. Producto de programa informático para
gestionar la idoneidad del canal en un esquema de acceso múltiple,
que comprende:
código informático para obtener (202)
información que se refiere a ruido asociado con un canal;
código informático para estimar (204) un efecto
potencial del ruido en una calidad de transmisión del canal
basándose en la información obtenida;
código informático para otorgar (206) una
calificación al canal basándose en el efecto potencial estimado;
código informático para clasificar (208) el
canal en una clase de grado de servicio basándose en la calificación
otorgada, en el que la clase de grado de servicio se refiere a la
idoneidad del canal para transportar un tipo de datos particular, y
las clases de grado de servicio incluyen una clase para un grado de
servicio adecuado para datos alfanuméricos, una clase para un grado
de servicio adecuado para datos de vídeo, una clase para un grado
de servicio adecuado para datos de audio, y una clase para un grado
de servicio no adecuado para datos; y
código informático para almacenar información
que se refiere al canal y a la calificación y grado asociados en una
base (110) de datos.
28. Producto de programa informático según la
reivindicación 27, en el que el código informático para obtener
información que se refiere a ruido asociado con el canal comprende
adicionalmente código informático para muestrear (302) ruido de
canal; y código informático para correlacionar (510) el ruido de
canal muestreado con el canal.
29. Producto de programa informático según la
reivindicación 27, en el que el código informático para estimar
(204) un efecto potencial del ruido en la calidad de transmisión del
canal basándose en la información obtenida comprende adicionalmente
código informático para determinar (516) una tasa de error de bits
prevista para el canal basándose en la información obtenida.
30. Producto de programa informático según la
reivindicación 29, en el que el código informático para determinar
(516) la tasa de error de bits prevista para el canal comprende
adicionalmente código informático para calcular una o más métricas
de interferencia para el canal utilizando la información obtenida; y
código informático para utilizar las métricas de interferencia
calculadas para determinar la tasa de error de bits prevista.
31. Producto de programa informático según la
reivindicación 30, en el que las métricas de interfaz incluyen una
tasa (514) de error de modulación por posición de pulso.
32. Producto de programa informático según la
reivindicación 27, que comprende adicionalmente código informático
para dar prioridad al canal en la clase de grado de servicio
basándose en la calificación del canal.
33. Producto de programa informático según la
reivindicación 32, en el que la información que se refiere a la
prioridad del canal se almacena en la base (110) de datos.
34. Producto de programa informático según la
reivindicación 27, en el que el canal se obtiene a partir de la base
(110) de datos.
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