ES2290988T3 - Procedimiento y sistema para realizar comunicaciones inalambricas. - Google Patents

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Abstract

Un sistema para realizar comunicaciones inalámbricas que comprende: un medio de generación de un conjunto de tramas de datos y un conjunto de tramas de voz; y una estación base para transmitir dicho conjunto de tramas de voz a una potencia de transmisión de voz que varía y para transmitir al menos una parte de dichas tramas de datos a una potencia de transmisión de datos si está disponible una potencia de transmisión adicional; caracterizado porque la potencia de transmisión de datos es la potencia de transmisión máxima de la estación base menos la potencia de transmisión de voz calculada para un instante anterior único de tiempo, y la parte de dichas tramas de datos se transmite sin interferir con la transmisión de dicho conjunto de tramas de voz.

Description

Procedimiento y sistema para realizar comunicaciones inalámbricas.
Antecedentes de la invención I. Campo de la invención
La presente invención se refiere a un procedimiento y sistema para realizar comunicaciones inalámbricas. La presente invención es adecuada para su utilización en la transmisión de voz y datos en un sistema de telecomunicaciones inalámbricas de acceso múltiple por división de código (CDMA).
II. Descripción de la técnica relacionada
Una medida de la utilidad de un sistema de comunicación inalámbrica es la eficacia con la que utiliza el ancho de banda de RF disponible. En algunos casos, la eficacia se define como la tasa de transmisión de datos sostenible de un sistema sobre una cantidad dada de ancho de banda de RF. En otros casos, la eficacia se caracteriza como el número total de comunicaciones (tales como llamadas de teléfono) que pueden realizarse simultáneamente utilizando una cantidad dada de ancho de banda. Cualquiera que sea la medida, el aumentar la eficacia aumenta generalmente la utilidad de un sistema de comunicación inalámbrica.
Un ejemplo de un sistema de comunicación inalámbrica especialmente eficaz, y por lo tanto especialmente útil, se muestra en la figura 1, que es una ilustración bastante simplificada de un sistema de telefonía celular inalámbrica configurado según la norma de interfaz aérea IS-95 adoptada por la Asociación de la Industria de las Telecomunicaciones (TIA). La norma IS-95 y sus derivadas tales como IS-95-A, etc. (que se denominan conjuntamente en el presente documento como la norma IS-95) definen un conjunto de técnicas de procesamiento de señal de acceso múltiple por división de código (CDMA) para implementar un sistema de telefonía celular. Un sistema de telefonía celular configurado sustancialmente según la norma IS-95 se describe en la patente estadounidense número 5.103.459 titulada "SYSTEM AND METHOD FOR GENERATING SIGNAL WAVEFORMS IN A CDMA CELULAR TELEPHONE SYSTEM" transferida al cesionario de la presente invención e incorporada en el presente documento por referencia.
Según la norma IS-95, las unidades 10a - c de abonado (normalmente teléfonos móviles) realizan llamadas telefónicas y otras comunicaciones interconectándose con una o más estaciones 12 base utilizando las señales de RF moduladas CDMA. Cada interfaz está compuesta por una señal de enlace directo transmitida desde la estación 12 base hasta la unidad 10 de abonado, y una señal de enlace inverso transmitida desde la unidad 10 de abonado hasta la estación 12 base.
Los controladores 14 de estación base (BSC) llevan a cabo diversas funciones que permiten que tenga lugar la comunicación móvil, incluyendo organizar el traspaso de una unidad 10 de abonado entre dos estaciones 12 base. El centro 16 de conmutación móvil (MSC) proporciona funcionalidad de procesamiento y encaminamiento de llamadas para permitir la comunicación con la red 18 telefónica pública conmutada (PSTN).
La utilización de técnicas de modulación CDMA según se especifica mediante la norma IS-95 hace que cada señal de RF aparezca como ruido de fondo durante el procesamiento de cualquier señal de RF particular. Hacer que otras señales aparezcan como ruido de fondo permite la transmisión de múltiples señales de RF sobre el mismo ancho de banda de RF. Transmitir múltiples señales sobre el mismo ancho de banda de RF aumenta la reutilización de la frecuencia del sistema de telefonía celular, que a su vez aumenta la capacidad global.
Para aumentar adicionalmente la capacidad global del sistema, la norma IS-95 varía la potencia de transmisión media de una señal en respuesta a cambios en la actividad de voz. La potencia de transmisión media se varía en incrementos de 20 ms, o bien mediante una reducción en el ciclo de trabajo de transmisión, o bien mediante una reducción de potencia de transmisión real. Variando la potencia de transmisión media en respuesta a la actividad de voz, se reduce la potencia total media utilizada por la señal de RF para realizar la comunicación.
Aunque la actividad de voz es esencialmente aleatoria, la potencia de transmisión total de una estación base que cumple la norma IS-95 varía en el tiempo en respuesta a cambios en la actividad de voz. Por tanto, cuando la actividad de voz es baja, o están realizándose pocas conversaciones, la estación base transmitirá datos a una tasa de transmisión mucho menor que su tasa de transmisión máxima, dejando ancho de banda valioso sin utilizar.
Además, variar la potencia de transmisión con la actividad de voz crea un grado de incertidumbre para la potencia de transmisión total que se utilizará en cualquier instante particular. Para tener en cuenta esta incertidumbre, las estaciones base que cumplen la norma IS-95 transmiten normalmente a una tasa de transmisión menor que la tasa de transmisión máxima para establecer una potencia de transmisión de reserva para tratar ráfagas de actividad de voz aumentada. Sin embargo, mantener esta reserva también provoca que la tasa de transmisión media sea menor que la tasa de transmisión máxima que de la que es capaz la estación base.
En cualquier caso, es indeseable transmitir a una tasa de transmisión media menor que la tasa de transmisión máxima, puesto que no utiliza el ancho de banda de RF disponible tan eficazmente como es posible. Para aumentar la utilidad de un sistema de comunicación inalámbrica CDMA, la presente invención está dirigida a permitir que la tasa de transmisión de datos media se iguale lo más posible a la capacidad de transmisión máxima de una estación 12 base, y por lo tanto a aumentar la eficacia con la que se utiliza el ancho de banda de RF asignado.
Un artículo de Q. Shen et al. titulado "Power assignment in CDMA personal communication systems with integrated voice/data traffic" describe un procedimiento de asignación de potencia óptima entre usuarios de datos y voz de un sistema CMA. Se controla el rendimiento de errores de transmisión para cumplir con el requisito de la tasa de transmisión de errores mediante el usuario de voz.
Un artículo de Mermelstein y Kandala titulado "Capacity Estimates for Mixed-rate Traffic on the Integrated Wireless Access Network" describe un procedimiento para alojar tráfico de vídeo y multimedia sin adelantarse a una cantidad significativa de tráfico de voz. El artículo plantea que la potencia de enlace descendente está limitada y que a menudo es el enlace descendente el que limita la capacidad del sistema.
Sumario de la invención
La presente invención tiene la finalidad de proporcionar un procedimiento y aparato novedosos para transmitir voz y datos en un sistema de telecomunicaciones inalámbricas de acceso múltiple por división de código (CDMA). En una realización ejemplar de la invención descrita en el presente documento, tal como se expone en las reivindicaciones 1 y 8, una estación base transmite información de voz a una potencia de transmisión de voz y datos a una potencia de transmisión de datos que es igual a una potencia de transmisión máxima menos la potencia de transmisión de voz. En una realización preferida de la invención, cada estación base informa de la potencia de transmisión de voz a un controlador de estación base en intervalos de 20 ms. El controlador de estación base responde calculando una capacidad de transmisión de datos disponible, y reenviando datos a cada estación base iguales a la capacidad de transmisión de datos disponible. Cada estación base transmite entonces todos los datos de voz a la potencia de transmisión de voz actual, y datos a la potencia de transmisión de datos actual. Si la cantidad de datos recibidos supera la capacidad proporcionada por la potencia de transmisión de datos actual, algunos datos no se transmiten. La estación base notifica entonces al controlador de estación base si no se transmitieron datos, y el controlador de estación base intenta retransmitir los datos en un momento posterior.
Según un aspecto de la invención, se proporciona un procedimiento para llevar a cabo comunicaciones inalámbricas utilizando una estación base que presenta una potencia de transmisión máxima P_{max} que comprende las etapas de: a) transmitir tramas de voz recibidas a una potencia de transmisión de voz P_{voz}; y b) transmitir tramas de datos a una potencia de transmisión de datos menor que P_{max}-P_{voz}.
Según otro aspecto de la invención, se proporciona un sistema para realizar comunicaciones inalámbricas que comprende: un controlador de estación base para transmitir un conjunto de tramas de datos y un conjunto de tramas de voz; y una estación base para transmitir dicho conjunto de tramas de voz y para transmitir al menos una parte de dichas tramas de datos cuando existe capacidad adicional.
Según un aspecto adicional de la invención, se proporciona un sistema para realizar comunicaciones inalámbricas que comprende: un medio de generación de un conjunto de tramas de datos y un conjunto de tramas de voz; y un medio para transmitir dicho conjunto de tramas de voz y para transmitir al menos una parte de dichas tramas de datos si existe capacidad adicional.
Breve descripción de los dibujos
Las características, objetivos, y ventajas de la presente invención serán más evidentes a partir de la descripción detallada expuesta a continuación de una realización de la invención cuando se toma conjuntamente con los dibujos en los que los caracteres de referencia iguales se identifican de manera correspondiente a lo largo de todos ellos y en los que:
la figura 1 es un diagrama de bloques de un sistema de telefonía celular;
la figura 2 es un diagrama de bloques de un sistema de telefonía celular configurado según una realización de la invención; y
la figura 3 es un diagrama de flujo que ilustra el funcionamiento de un sistema de telefonía celular configurado según una realización de la invención.
Descripción detallada de las realizaciones preferidas
La figura 2 es un diagrama de bloques de una parte de un sistema de telefonía celular que incluye un controlador 34 de estación base (BSC), un par de estaciones 32 base, y un conjunto de unidades 30 de abonado configurados según una realización de la invención. Las unidades 30 de abonado realizan llamadas telefónicas estableciendo enlaces de RF bidireccionales con estaciones 32 base. Los enlaces bidireccionales están compuestos de una señal de enlace directo transmitida desde cada estación 32 base, y una señal de enlace inverso transmitida desde cada unidad 30 de abonado.
En una realización preferida de la invención, las señales de enlace directo e inverso se procesan según la norma de interfaz aérea IS-95, que exige la utilización de procesamiento de señales CDMA. El procesamiento de señales CDMA permite que se transmitan múltiples señales de RF de espectro ensanchado en el mismo intervalo de frecuencia de RF a través de modulación y demodulación con un conjunto de códigos de ruido seudoaleatorio (PN).
Cada estación 32 base realiza comunicaciones con múltiples unidades 30 de abonado generando un conjunto de señales de enlace directo. (El término "señal de enlace directo" también se utiliza para describir un conjunto de señales de enlace directo transmitidas desde una estación 32 base, aunque, para el fin de describir la presente invención, la señal de enlace directo se refiere a una transmisión de enlace directo utilizada para un canal de tráfico único.) Adicionalmente, cada estación 32 base recibe un conjunto de señales de enlace inverso desde un conjunto de unidades 30 de abonado.
El número de señales de enlace directo que pueden transmitirse simultáneamente por una estación 32 base está normalmente limitado por la capacidad de potencia de transmisión máxima (P_{max}) de la estación 32 base particular, por la cantidad de multitrayectoria generada o por un conjunto límite predeterminado en respuesta a un plan de red. El número de señales de enlace inverso está limitado normalmente por la relación de energía de bit a ruido (E_{b}/N_{0}) requerida por una estación 32 base para procesar de manera apropiada una señal de enlace inverso particular.
La norma IS-95 también exige que los datos transmitidos sobre las señales de enlace directo e inverso se procesen en incrementos de 20 ms que corresponden a tramas. Dentro del BSC 34 y las estaciones 32 base, los diversos subsistemas mostrados intercambian las tramas, así como información de control tal como mensajes de señalización, a través de la utilización de paquetes. Los paquetes contienen una dirección que indica el subsistema al que están dirigidos, de modo que pueden encaminarse de manera apropiada mediante el subsistema 40 de interconexión CDMA (CIS). El sistema 44 de gestión controla la configuración y funcionamiento de los otros sistemas que forman el BSC 34 a través de mensajes de señalización transmitidos también utilizando paquetes que utilizan información almacenada en la base 46 de datos de abonados.
Según la norma IS-95, una unidad 30 de abonado puede introducir traspaso continuo, tal como se muestra en la figura 2, de modo que dos o más enlaces de RF bidireccionales se establecen simultáneamente con dos o más estaciones 32 base correspondientes. El traspaso continuo permite a una unidad 30 de abonado moverse desde el área del cobertura de una estación 32 base hasta el área de cobertura de otra estación 32 base mientras se mantiene al menos un enlace bidireccional en todo momento. El traspaso continuo puede compararse con el traspaso discontinuo durante el que la primera interfaz bidireccional se termina antes de que se establezca la segunda interfaz bidireccional.
Para realizar traspaso continuo, un conjunto de selectores (no mostrados) dentro del banco 42 de selectores llevan a cabo diversas funciones que incluyen llevar a cabo funciones de distribución de llamadas y de selección de llamadas utilizadas para realizar traspaso continuo, así como seguir la pista a la estación o estaciones 32 base con las que una unidad 30 de abonado está interconectándose en cualquier momento dado. Los selectores están compuestos preferiblemente por un conjunto de instrucciones de software que se ejecutan en uno o más microprocesadores.
La distribución de llamadas implica generar copias de cada trama dirigida a la unidad 30 de abonado en traspaso continuo (normalmente recibida desde el MSC 16), y reenviar una copia de la trama a cada estación 32 base que está interconectándose con esa unidad 30 de abonado. Por tanto, se transmite una copia de la trama desde cada estación 32 base.
La selección de llamadas implica recibir un conjunto de tramas desde el conjunto de estaciones 32 base que están interconectándose con la unidad 30 de abonado durante el traspaso continuo, y seleccionar una trama para procesamiento adicional basándose en la integridad o calidad de las tramas. La trama seleccionada se reenvía generalmente al MSC 16 para su introducción en la PSTN 18.
Preferiblemente, las estaciones 32 base reciben dos tipos de tramas desde el BSC 34 durante el procesamiento de un conjunto de llamadas telefónicas de voz y comunicaciones de datos: tramas que contienen información de voz (tramas de voz) y tramas que contienen información de datos (tramas de datos). Cada estación 32 base responde a los dos tipos de tramas transmitiendo todas las tramas de voz recibidas a una potencia de transmisión total P_{voz}, y transmitiendo un conjunto de tramas de datos a una potencia de transmisión total P_{datos} que es menor que o igual a P_{max}-P_{voz}.
Transmitiendo tramas de datos además de tramas de voz, la potencia media a la que transmite la estación base se aumenta con respecto a una estación base que sólo transmite tramas de voz. En particular, la estación 32 base transmite más próximamente a su potencia de transmisión máxima P_{max} en cualquier instante dado. Esto aumenta la potencia de transmisión media y por lo tanto aumenta la cantidad total de información que se transmite por la estación 32 base. A su vez, aumentar la cantidad total de información transmitida aumenta la eficacia con la que la estación 32 base utiliza el ancho de banda de RF disponible. Además, transmitiendo tramas de datos a una potencia de transmisión que es menor que o igual a P_{max}-P_{voz}, la potencia de transmisión media de una estación 32 base se aumenta sin interferir con el conjunto de comunicaciones de voz que ya están realizándose.
La figura 3 es un diagrama de flujo que ilustra las etapas llevadas a cabo mediante el BSC 34 y las estaciones 32 base durante el procesamiento de tramas de voz y datos según una realización de la invención. El procesamiento comienza en la etapa 70, y en la etapa 72 un conjunto de selectores dentro del banco 42 de selectores notifica a la estación 32 base cuándo tienen datos en cola para transmisiones a través de la utilización de mensajes de señalización transmitidos a la unidad 30 de abonado. Las tramas de datos se reciben desde el MSC 16 y se dirigen a una unidad 30 de abonado. En una realización de la invención, las tramas de datos se distinguen de los archivos de datos de voz a través de la utilización de uno o más bits de estado contenidos en cada trama.
En un tiempo T_{0}, cada estación 32 base recibe un conjunto de mensajes de señalización desde los selectores, y calcula un valor N igual al número de selectores que tienen una trama de datos en cola para su transmisión. Adicionalmente, cada estación 32 base calcula un valor E_{bx} igual a la energía media utilizada para transmitir un bit de datos, así como un valor P(T_{0})_{voz} igual a la potencia de transmisión utilizada en el tiempo T_{0} para transmitir todas las tramas de voz que están procesándose.
En la etapa 74, cada estación base transmite los valores N, E_{bx} y P(T_{0})_{voz} a cada selector que tiene tramas de datos en cola para su transmisión. En la etapa 76, cada selector calcula un valor B_{min} como el mínimo de un conjunto de valores B(1)_{bs}...B(n)_{bs} donde B(n)_{bs}=(P_{max}- P(T_{0})_{voz}/(N\cdotE_{bx}) para una estación 32 base, utilizándose n para realizar la llamada telefónica asociada. Es decir, si la unidad de abonado implicada en la llamada telefónica está en un traspaso continuo que implica dos estaciones 32 base, se calculan dos valores B(1)_{bs} y B(2)_{bs}, y B_{min} se fija al menor de B(1)_{bs} y B(2)_{bs}. En una realización alternativa de la invención, B_{min} se fija al mayor de B(1)_{bs} y B(2)_{bs}.
Una vez que se ha calculador B_{min}, el selector transmite una trama de datos que tiene B_{min} bits de datos a cada estación 32 base implicada en la llamada.
En la etapa 77 que se produce en un tiempo T_{1} que es posterior al tiempo T_{0}, cada estación 32 base recibe un conjunto de tramas de datos y un conjunto de tramas de voz desde los selectores, y calcula un valor P(T_{1})_{datos} igual a la potencia necesaria para transmitir las tramas de datos recibidas, así como un valor P(T_{1})_{datos} igual a la potencia necesaria para transmitir las tramas de voz recibidas. Utilizando P(T_{1})_{datos} y P(T_{1})_{voz}, cada estación 32 base determina si P(T_{1})_{datos}+P(T_{1})_{voz} es menor que o igual a la potencia de transmisión máxima P_{max} de la estación 32 base en la etapa 78. Es decir, cada estación 32 base determina si P(T_{1})_{datos}+P(T_{1})_{voz}<=P_{max}. Si es así, todas las tramas de datos se transmiten junto con las tramas de voz en la etapa 80, y entonces la estación 32 base vuelve a la etapa 72. Mientras se prefiera la utilización de P_{max}, la utilización de otros umbrales menores que P_{max} es compatible con la utilización de la presente invención.
Si una estación base determina en la etapa 78 que P(T_{1})_{datos}+P(T_{1})_{voz} es mayor que la potencia de transmisión máxima P_{max}, la estación 32 base transmite un conjunto de tramas de datos seleccionadas aleatoriamente que tienen (P_{max}-P(T_{1})_{voz})/E_{bx} bits de datos en la etapa 82. Entonces, en la etapa 84, la estación 32 base notifica los selectores para los que no se transmitieron sus tramas de datos. Estos selectores pueden intentar retransmitir los datos contenidos en estas tramas de datos en un momento posterior.
Generalmente, la mayoría o todas las tramas de datos recibidas por una estación 32 base se transmitirán en el tiempo T_{1} porque la potencia de transmisión utilizada para transmitir las tramas de voz en el tiempo T_{0} diferirá poco de la potencia de transmisión de tramas de voz necesaria en el tiempo T_{1}. Por tanto, si existe alguna demanda de transmitir datos, la estación 32 base transmitirá, de media, más próximamente al nivel de potencia máxima. Esto permite al sistema de telefonía celular utilizar más eficazmente el ancho de banda de RF disponible.
Cuando la potencia de transmisión necesaria en el tiempo T_{1} para transmitir todas las tramas de voz aumenta con respecto a la potencia de transmisión necesaria en T_{0}, la presente invención limita la transmisión de tramas de datos a la que provocará que se utilice la potencia P_{max}, mientras que permite que se transmitan todas las tramas de voz. Esto garantiza que todas las llamadas telefónicas que están realizándose continuarán sin interrupción, mientras que también permite que se transmita el número máximo de tramas de datos dada la potencia de transmisión máxima P_{max} de una estación 32 base.
Por tanto, se describe un procedimiento y aparato novedosos y mejorados para transmitir voz y datos en un sistema de telecomunicaciones inalámbricas de acceso múltiple por división de código (CDMA). La descripción anterior de las realizaciones preferidas se proporciona para permitir que cualquier experto en la técnica realice o utilice la presente invención. Las diversas modificaciones a estas realizaciones serán fácilmente evidentes para los expertos en la técnica, y los principios genéricos definidos en el presente documento pueden aplicarse a otras realizaciones sin la utilización de la facultad inventiva.

Claims (13)

1. Un sistema para realizar comunicaciones inalámbricas que comprende: un medio de generación de un conjunto de tramas de datos y un conjunto de tramas de voz; y
una estación base para transmitir dicho conjunto de tramas de voz a una potencia de transmisión de voz que varía y para transmitir al menos una parte de dichas tramas de datos a una potencia de transmisión de datos si está disponible una potencia de transmisión adicional;
caracterizado porque la potencia de transmisión de datos es la potencia de transmisión máxima de la estación base menos la potencia de transmisión de voz calculada para un instante anterior único de tiempo, y la parte de dichas tramas de datos se transmite sin interferir con la transmisión de dicho conjunto de tramas de voz.
2. El sistema según la reivindicación 1, en el que dicha estación base está además para indicar una potencia de transmisión disponible adicional de un primer momento a dicho medio de generación, y dicho medio de generación está para fijar dicho conjunto de tramas de datos para que tenga una cantidad de datos según dicha potencia de transmisión disponible adicional de un primer momento.
3. El sistema según la reivindicación 1 o la reivindicación 2, en el que dicha estación base está adaptada para transmitir una parte de dicho conjunto de tramas de datos si una potencia de transmisión disponible adicional de un segundo momento es menor que una cantidad de potencia de transmisión necesaria para transmitir todas las tramas de dicho conjunto de tramas de datos.
4. El sistema según la reivindicación 3, en el que dicha estación base está adaptada para notificar a dicho medio de generación una parte de dicho conjunto de tramas de datos que no se transmitieron.
5. El sistema según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en el que dicha estación base y dichos medios de generación están acoplados a través de una conexión inalámbrica.
6. El sistema según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, en el que el medio de generación es un controlador de estación base.
7. El sistema según la reivindicación 6, en el que:
dicha estación base está adaptada para transferir un valor de potencia de transmisión de voz al controlador de estación base.
8. Un procedimiento para realizar comunicaciones inalámbricas que comprende:
generar un conjunto de tramas de datos y un conjunto de tramas de voz; y
transmitir dicho conjunto de tramas de voz mediante una estación base a una potencia de transmisión de voz que varía y transmitir al menos una parte de dichas tramas de datos a una potencia de transmisión de datos si está disponible una potencia de transmisión adicional;
caracterizado porque la potencia de transmisión de datos es la potencia de transmisión máxima de la estación base menos la potencia de transmisión de voz calculada para un instante anterior único de tiempo, y la parte de tramas de datos se transmite sin interferir con la transmisión de dicho conjunto de tramas de voz.
9. El procedimiento según la reivindicación 8, que comprende además:
indicar una potencia de transmisión disponible adicional de un primer momento, y
fijar dicho conjunto de tramas de datos para que tenga una cantidad de datos según dicha potencia de transmisión disponible adicional de un primer momento.
10. El procedimiento según la reivindicación 8 o la reivindicación 9, en el que la etapa de transmitir el conjunto de tramas de datos comprende transmitir una parte de dicho conjunto de tramas de datos si una segunda potencia de transmisión disponible adicional de un segundo momento es menor que una cantidad de potencia de transmisión necesaria para transmitir todas las tramas de dicho conjunto de tramas de datos.
11. El procedimiento según la reivindicación 10, en el que la etapa de transmisión comprende enviar notificación de una parte de dicho conjunto de tramas de datos que no se transmitieron.
12. El procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 8 a 11, en el que la etapa de generación se lleva a cabo mediante un controlador de estación base.
13. El procedimiento según la reivindicación 12, que comprende además:
transferir un valor de potencia de transmisión de voz desde la estación base hasta el controlador de estación base.
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