ES2293698T3 - Compartimento de ranuras en un canal de acceso. - Google Patents
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Abstract
Un sistema para transmitir sondas de acceso (502) a través de un canal de comunicaciones de acceso aleatorio ranurado que tiene una pluralidad de ranuras de canal de acceso, incluyendo cada una de dichas sondas de acceso (502) un preámbulo (604) que tiene unas primera y segunda etapas (508, 510) y un mensaje de acceso (606) en una etapa de mensaje de acceso (512), comprendiendo el sistema unos medios para generar una sonda de acceso, comprendiendo dichos medios de generación: un modulador de datos (702) para producir una etapa de mensaje de acceso (512), un primero y un segundo modulador (704B, 704A), en el que dicho segundo modulador (704A) está acoplado a dicho modulador de datos (702) para modular una segunda parte de la sonda de acceso (502) con una secuencia de pseudorruido (622) en base a un código de PN largo, y en el que dicho primer modulador (704B) está acoplado a dicho segundo modulador (704A) para modular una primera parte (504) y dicha segunda parte (506) de la sondade acceso (502) con una secuencia de pseudorruido (620) en base a un código de PN corto, en el que dicha primera parte (504) incluye dicha primera etapa (508) y dicha segunda parte (506) incluye dicha segunda etapa (510) y dicha etapa (512) de mensaje de acceso; y comprendiendo así mismo dicho sistema un transmisor (706) acoplado a dichos medios de generación para transmitir la sonda de acceso (502) de tal forma que dicha primera parte caiga dentro de una de las ranuras de canal de acceso.
Description
Compartimento de ranuras en un canal de
acceso.
La presente invención se refiere en general, al
campo de los sistemas y redes de comunicaciones de espectro
expandido, de acceso múltiple. Más concretamente, la presente
invención se refiere al incremento de la capacidad del usuario en
un sistema de comunicaciones de espectro expandido.
Se ha desarrollado una pluralidad de sistemas y
técnicas de comunicación de acceso múltiple para transferir
información entre un gran número de usuarios del sistema. Sin
embargo, las técnicas de modulación de espectro extendido, como por
ejemplo los sistemas de comunicaciones de acceso múltiple por
división de código (CDMA) proporcionan considerables avances
respecto de otros esquemas de modulación, especialmente al
proporcionar servicio a un gran número de usuarios de sistemas de
comunicaciones. Dichas técnicas se divulgan en las enseñanzas de la
Patente estadounidense No. 4,901,307, la cual fue concedida el 13 de
Febrero de 1990 con el título "Sistema de Comunicaciones de
Acceso Múltiple de Espectro Expandido que Utilizan Repetidores
Terrestres o de Satélite" ["Spread Spectrum Multiple
Access Communications System Using Satellite or Terrestrial
Repeaters"] y la Patente estadounidense No. 5,691,974, que
fue concedida el 25 de Noviembre de 1997, bajo el título
"Procedimiento y Aparato para Usar una Potencia Transmitida de
Espectro Total en un Sistema de Comunicaciones de Espectro
Expandido para el Seguimiento del Tiempo y Energía de Fase de
Destinatarios Individuales" ["Method and Apparatus for
Using Full Spectrum Transmitted Power in a Spread Spectrum
Communication System for Tracking Individual Recipient Phase Time
and Energy"].
Las patentes anteriormente mencionadas divulgan
unos sistemas de comunicaciones de acceso múltiple en los cuales un
gran número de usuarios del sistema en general móviles o a distancia
emplean cada uno al menos un transceptor para comunicar con otros
usuarios del sistema o usuarios de otros sistemas conectados, como
por ejemplo una red de conmutación de teléfono público. Los
transceptores comunican a través de pasarelas y satélites, o
estaciones de base terrestres (también designadas como
emplazamientos de celdas o celdas).
Las estaciones de base dan cobertura a las
celdas, mientras que los satélites tienen zonas de caída (también
designadas como "zonas") sobre la superficie de la tierra. En
uno u otro sistema, las ganancias de capacidad pueden ser obtenidas
dividiendo en sectores, o subdividiendo, las áreas geográficas
objeto de cobertura. Las celdas pueden ser divididas en
"sectores" utilizando antenas direccionales en la estación de
base. De modo similar, una zona de caída del satélite puede ser
geográficamente dividida en "haces", mediante el empleo de
sistemas de antena de formación de haces. Estas técnicas para
subdividir un área de cobertura pueden ser consideradas como
creadoras de aislamiento utilizando una direccionalidad relativa de
antena o una multiplexación por división de espacio. Así mismo, con
tal de que haya un ancho de banda disponible, a cada una de estas
subdivisiones, ya sean sectores o haces, se les pueden asignar
múltiples canales CDMA mediante el empleo de una multiplexación por
división de frecuencias (FDM). En sistemas de satélite, cada canal
CDMA es designado como "subhaz", porque puede haber varios de
estos por "haz".
En sistemas de comunicaciones que emplean el
CDMA, se emplean enlaces separados para transmitir las señales de
comunicación hasta y desde una pasarela o estación de base. Un
enlace hacia delante se refiere al enlace de comunicación de la
estación de base -o pasarela- a terminal de usuario, con unas
señales de comunicación que se originan en la pasarela o en la
estación de base que son transmitidas hasta un usuario, o usuarios
del sistema. Un enlace inverso se refiere al enlace de comunicación
de una terminal de usuario hasta la pasarela o estación de base,
con señales de comunicación que se originan en un terminal de
usuario y son transmitidas hasta la pasarela o estación de
base.
El enlace inverso está compuesto al menos por
dos canales separados: un canal de acceso y un canal de tráfico
inverso. En general, hay varios canales de tráfico de enlace inverso
y de acceso en un sistema de comunicaciones. Un canal de acceso se
utiliza por uno o más terminales de usuario, separados en el tiempo,
para iniciar o responder a las comunicaciones procedentes de una
pasarela o estación de base. Cada procedimiento de comunicación se
designa como transmisión de señal de acceso o como "sonda de
acceso". Los canales de tráfico inverso se utilizan para la
transmisión de información o datos de usuario y señalización
procedentes de los terminales de usuario hasta una o más pasarelas
o estaciones de base durante una "llamada" o configuración de
enlaces de comunicaciones. Una estructura o protocolo para canales
de acceso, mensajes y llamadas se ilustra con mayor detalle en el
estándar de la Asociación de la Industria de las Telecomunicaciones
IES-95 titulado "Estándar de Compatibilidad de
Estación Móvil a Estación de Base para un Sistema Celular de
Espectro Expandido de Ancho de Banda de Modo Dual"
["Mobile Station-Base-Station
Compatibility Standard For Dual-Mode Wideband Spread
Spectrum Cellular System"].
En un sistema de comunicaciones de espectro
expandido típico, una o más secuencias de código de pseudorruido
(PN) preseleccionadas se utilizan para modular o "extender" las
señales de información de usuario sobre una banda espectral
predeterminada antes de la modulación sobre un portador para su
transmisión como señales de comunicación. La expansión de PN, un
procedimiento de transmisión de espectro expandido bien conocido en
la técnica, produce una señal de transmisión que tiene una anchura
de banda mucho mayor que la de la señal de datos. En el enlace de
comunicaciones de la estación base -o pasarela- hasta la terminal de
usuario, los códigos de expansión de PN o secuencias binarias se
utilizan para discriminar entre las señales transmitidas por
diferentes estaciones de base o sobre haces diferentes, así como
entre señales multitrayectoria. Estos códigos son típicamente
compartidos por todas las señales de comunicaciones dentro de una
celda o subhaz determinada. En algunos sistemas de comunicaciones,
se utiliza el mismo conjunto de códigos de expansión de PN en el
enlace inverso tanto para los canales de tráfico inverso como para
los canales de acceso. En otros sistemas de comunicaciones
propuestos, el enlace hacia delante y el enlace inverso utilizan
diversos conjuntos de expansión de PN.
En general, la expansión de PN se lleva a cabo
utilizando un par de secuencias de código de pseudorruido (PN) para
modular o "expandir" señales de información. Típicamente, una
secuencia de código de PN se utiliza para modular un canal en fase
(I) mientras que la otra secuencia de código de PN se utiliza para
modular un canal de fase en cuadratura (Q) en una técnica
habitualmente designada como modulación por desplazamiento en fase
en cuadratura (QPSK). La expansión de PN tiene lugar antes de que
las señales de información sean moduladas por una señal portadora y
transmitida desde la pasarela o terminal de base hasta el terminal
de usuario como señales de comunicación sobre el enlace hacia
delante. Los códigos de expansión son también designados como
códigos de PN corto porque son relativamente "cortos" en
comparación con otros códigos de PN utilizados por el sistema de
comunicaciones. Típicamente, el mismo conjunto de códigos de
expansión de PN es compartido por los canales de tráfico de enlace
hacia delante e inverso y otro conjunto de códigos de expansión de
PN es utilizado para los canales de acceso de acuerdo con lo
anteriormente expuesto.
Un sistema de comunicaciones concreto puede
utilizar varias longitudes de códigos de PN corto dependiendo de si
están siendo utilizados canales de enlace hacia delante o de enlace
inverso. En el enlace hacia delante, como por ejemplo en un sistema
de satélite, los códigos de PN corto típicamente tienen una longitud
de 2^{10} a 2^{15} elementos de código. Estos códigos de PN
corto son utilizados para discriminar entre diversas fuentes de
señales, como por ejemplo pasarelas, satélites, y estaciones de
base. Así mismo, los desfases de tiempo dentro de un código de PN
corto determinado se utilizan para discriminar entre haces de un
satélite concreto, o de celdas o sectores en los sistemas
terrestres.
En un sistema de comunicaciones fr satélite
propuesto, los códigos de PN corto utilizados en el enlace inverso
tienen una longitud del orden de 2^{8} elementos de código. Estos
códigos de PN corto son utilizados para posibilitar que un receptor
de pasarela o estación de base busque rápidamente terminales de
usuario que están tratando de acceder al sistema de comunicaciones
sin la complejidad asociada con los códigos de PN corto "más
largos" utilizados en el enlace hacia delante. A los fines de la
presente exposición, los códigos de PN cortos se refieren a estas
secuencias (2^{8}) de código de PN corto que van a ser utilizadas
en el enlace hacia delante.
Otra secuencia de código de PN, designado como
código de canalización, se utiliza para discriminar entre las
señales de comunicación transmitidas por diferentes terminales de
usuario sobre el enlace inverso dentro de una celda o subhaz. Los
códigos de canalización de PN son también designados como códigos
largos porque son relativamente "largos" en comparación con
otros códigos de PN utilizados por el sistema de comunicaciones. El
código de PN largo típicamente tiene una longitud del orden de
2^{42} elementos de código, pero puede ser más corto o
enmascarado de acuerdo con lo deseado. Típicamente, un mensaje de
acceso es modulado por el código de PN largo antes de ser modulado
por el código de PN corto y a continuación ser transmitido como
sonda o señal de acceso hasta la pasarela o estación de base. Sin
embargo, el código de PN corto y el código de PN largo pueden ser
combinados antes de modular o expandir el mensaje de acceso.
Cuando un receptor en la pasarela o estación de
base recibe la sonda de acceso, el receptor debe desexpandir la
sonda de acceso para obtener el mensaje de acceso. Esto se lleva a
cabo constituyendo hipótesis, o predicciones, respecto de qué
códigos de PN largo y qué par de códigos de PN corto fueron
utilizados para modular el mensaje de acceso. Una correlación entre
una hipótesis determinada y la sonda de acceso se genera para
determinar que hipótesis constituye la estimación óptima para la
sonda de acceso. La hipótesis que produce la mayor correlación, en
general con respecto a un umbral predeterminado, es seleccionada
como una hipótesis de correspondencia de código y tiempo más
probable. Una vez que se ha determinado la hipótesis seleccionada,
la sonda de acceso es desexpandida utilizando la hipótesis
seleccionada para obtener el mensaje expandido.
En un sistema de comunicaciones que tiene muchos
usuarios es probable que más de una sonda de acceso llegue a una
pasarela o estación de base simultáneamente, o en un periodo de
tiempo preseleccionado en el cual va a detectarse la señal. Cuando
esto sucede, las sondas de acceso pueden colisionar o interferir
entre sí, haciéndolas irreconocibles a la pasarela o estación de
base. Una forma de evitar dichas colisiones es emplear una técnica
de acceso centralmente controlada, en la que el sistema de
comunicaciones planifica las transmisiones de sondas de acceso de
terminales de usuario. Una desventaja de dicha técnica es que se
consume una cantidad considerable de anchura de banda de canales de
acceso mediante dicho mecanismo de planificación.
Otra técnica utilizada para evitar dichas
colisiones es la técnica de acceso aleatorio ranurada, como por
ejemplo la técnica "ALOHA" de línea ranurada. En la técnica de
acceso aleatorio ranurado, una estructura regular de sincronización
global del sistema establece los tiempos de transmisión o recepción
permisibles. El canal de acceso es generalmente dividido en una
serie de tramas o "ranuras" de tiempo o ventanas de longitud
fija, cada una con la misma duración fija, ranuras utilizadas para
recibir señales. Las señales de acceso están genéricamente
estructuradas como "paquetes", que consisten en un preámbulo y
una parte de mensaje, que debe llegar al principio de una ranura de
tiempo que va a ser adquirida. Un terminal de usuario transmite a su
propio arbitrio, pero está compelido a transmitir únicamente dentro
de los límites de una única ranura para que se reciba un mensaje.
El uso de esta técnica sobre el canal de acceso reduce de modo
significativo la posibilidad de que las sondas de acceso
procedentes de usuarios diferentes colisionen en una pasarela o
estación de base.
Por desgracia, la técnica de acceso aleatorio
ranurado produce también una cantidad considerable de tiempo
inutilizado sobre el canal de acceso. Dado que una sonda de acceso
debe ser transmitida dentro de una única ranura, la duración de la
ranura debe escogerse para que sobrepase la duración de la sonda de
acceso más larga posible. Debido a que todas las ranuras tienen la
misma duración, una ranura puede estar parcialmente vacía para
todas excepto para la sonda de acceso más larga. El resultado es una
cantidad sustancial de anchura de banda gastada sobre el canal de
acceso y una consecuente reducción de la capacidad de usuario del
canal de acceso.
La imposibilidad de adquirir una sonda de acceso
en el curso de un periodo de trama concreto, determina que el
transmisor que desea el acceso tenga que volver a enviar la sonda de
acceso para posibilitar que el receptor detecte otra vez la sonda
en el curso de una trama subsecuente. Las señales de acceso múltiple
que llegan conjuntamente "colisionan" y no son adquiridas,
requiriendo que sean reenviadas. En cualquier caso, la
sincronización de transmisiones de acceso subsecuentes cuando falle
el intento inicial se basa en un retardo de tiempo igual a un
mínimo respecto de la longitud de las ranuras de tiempo, y en
general respecto de un número aleatorio de ranuras de tiempo o
tramas. Por consiguiente, una cantidad significativa de tiempo pasa
antes de que una sonda de acceso pueda de nuevo ser reenviada y
recibida. La longitud del retardo en la adquisición de la sonda se
incrementa por cualquier retardo en los circuitos de adquisición de
reconfiguración del receptor para escanear las diversas hipótesis,
y en otras sondas que son adquiridas en primer término, como se
mencionó en último lugar, la sonda de acceso puede que nunca, al
menos no dentro de un límite de tiempo práctico, sea adquirida si
la incertidumbre de la sincronización no se resuelve.
Se necesita un sistema y un procedimiento para
incrementar la capacidad de usuario sobre un canal de acceso
ranurado de un sistema de comunicaciones de espectro expandido. Es
preferente que la técnica posibilite el acceso de sondas que van a
ser recibidas con un mínimo retraso y con eficiencia.
La presente invención es un sistema y un
procedimiento para incrementar la capacidad de usuario sobre un
canal de acceso aleatorio ranurado en un sistema de comunicaciones
de espectro expandido que utiliza una sonda de acceso múltiple. La
presente invención tiene también la ventaja de que reduce los
retardos en la consecución de acceso después de un fallo inicial de
acceso.
La invención se lleva a cabo dentro de un
procedimiento y en un aparato para transmitir una pluralidad de
señales de acceso sobre al menos un canal de acceso, incluyendo cada
uno unas partes de preámbulo y mensaje teniendo el preámbulo unas
primera y segunda etapas. El preámbulo de la sonda de acceso no
contiene información de mensaje sino que está compuesta por datos
nulos.
La señal de acceso es generada modulando la
primera etapa y las segundas etapas del preámbulo mediante una
primera señal; modulando la segunda etapa del preámbulo también
mediante una segunda señal; y modulando el mensaje con dicha
primera señal y dicha segunda señal. La señal de acceso es a
continuación transmitida en forma de primera etapa, segunda etapa,
y mensaje. Las señales de acceso así conformadas pueden ser
transmitidas y recibidas sobre un canal de acceso dividido en
ranuras de tiempo de forma que el preámbulo caiga dentro de una
ranura entre una pluralidad de ranuras de tiempo preseleccionadas.
El resultado es que cuando más de una señal de acceso es
transmitida en un momento en que una segunda etapa o parte de
mensaje se superpone sobre la primera etapa de una o más de otras
señales de acceso transmitidas, puede todavía ser adquirida.
En una forma de realización preferente, las
señales de acceso pueden ser transmitidas y recibidas sobre un
canal de acceso dividido en ranuras de tiempo de recepción de señal
que tienen sustancialmente la misma longitud que dicha primera
etapa. Alternativamente las señales de acceso pueden ser recibidas
sobre una pluralidad de canales de acceso divididos en ranuras de
tiempo de recepción de señal que están desfasadas temporalmente
entre sí por un periodo que tiene sustancialmente la misma longitud
que dicha primera etapa.
La primera parte de la sonda de acceso es
preferentemente formada primeramente modulando o expandiendo la
señal de acceso utilizando una secuencia de PN corto, la cual es
también utilizada para expandir la segunda parte. En una forma de
realización preferente, la secuencia de PN corto es un par de
secuencias de PN corto en cuadratura. Esta expansión se lleva en
general a cabo utilizando un aparato para transmitir la sonda de
acceso múltiple que tiene unos primero y segundo moduladores de
código de PN, un modulador de datos, y un transmisor.
El primer modulador de código de PN expande las
primera y segunda partes de la sonda de acceso con la secuencia de
PN corto deseada mientras que el segundo modulador de código de PN
expande la segunda parte de la sonda de acceso con una secuencia de
PN largo. El modulador de datos modula la segunda parte con el
mensaje de acceso. El transmisor a continuación transmite la sonda
de acceso de forma que la primera parte caiga dentro de una de las
ranuras de canal de acceso.
El aparato para recibir la sonda de acceso
multipartes incluye una pluralidad de desmoduladores y un receptor
buscador. El receptor buscador adquiere la primera parte de la sonda
de acceso y transfiere el procesamiento ulterior de la sonda, esto
es, la segunda parte, hasta uno de los desmoduladores. El receptor
buscador puede a continuación adquirir la primera parte de otra
sonda de acceso mientras que el desmodulador desmodula la segunda
parte de la sonda de acceso. Este proceso puede ser repetido,
adquirido y transferido, para cuantas sondas de acceso puedan ser
recibidas, desmoduladas y adquiridas, durante cualquier intervalo de
tiempo determinado.
La presente invención se describe con referencia
a los dibujos que se acompañan en los cuales las mismas referencias
numerales indican elementos de idéntica o similar funcionalidad, y
los dígitos de más a la izquierda de un número de referencia
identifican el dibujo en el cual el número de referencia primero
aparece.
La Fig. 1 ilustra un sistema de comunicaciones
inalámbrico ejemplar construido y que opera de acuerdo con una
forma de realización de la presente invención.
La Fig. 2 ilustra una implementación ejemplar de
unos enlaces de comunicación utilizados entre una pasarela y un
terminal de usuario en el sistema de comunicaciones de la Fig.
1.
La Fig. 3 ilustra la estructura de un canal de
acceso con mayor detalle.
La Fig. 4 es un diagrama de sincronización que
representa una estructura de sincronización típica para sondas de
acceso en un canal de acceso aleatorio ranurado convencional.
La Fig. 5 es un diagrama de sincronización para
sondas de acceso en un canal de acceso aleatorio ranurado de
acuerdo con una forma de realización preferente de la presente
invención.
La Fig. 6 ilustra un protocolo para generar una
sonda de acceso de acuerdo con una forma de realización de la
presente invención.
La Fig. 7 es un diagrama de bloques de un
transmisor de canal de acceso ejemplar utilizado para transmitir
una sonda de acceso de acuerdo con una forma de realización de la
presente invención.
La Fig. 8 es un diagrama de flujo del
funcionamiento de un transmisor de canal de acceso de acuerdo con
una forma de realización de la presente invención.
La Fig. 9 es un diagrama de flujo de un receptor
de canal de acceso ejemplar para recibir una sonda de acceso de
acuerdo con una forma de realización de la presente invención.
La presente invención es un sistema y un
procedimiento para incrementar la capacidad de usuario sobre un
canal de acceso aleatorio ranurado en un sistema de comunicaciones
de espectro expandido utilizando una sonda de acceso multipartes.
La presente invención reduce también el retardo en el reenvío de
sondas o señales de acceso sin éxito. En una forma de realización
de la presente invención, la sonda de acceso es transmitida desde
un terminal de usuario hasta una pasarela o estación de base.
Aunque la invención se describe con detalle en
términos de formas de realización específicas, pueden llevarse a
cabo diversas modificaciones sin apartarse del ámbito de la
invención. Por ejemplo, la invención está actualmente indicada para
transmisiones distintas de las transmisiones de canal de acceso que
sean expandidas con múltiples secuencias de código de PN. Así
mismo, el canal de comunicaciones de la presente invención no está
limitado al enlace aéreo descrito, sino que puede emplearse sobre
alambre, cable de fibra óptica, y similares.
En un sistema de comunicaciones CDMA típico, una
estación de base situada dentro de un área geográfica predefinida,
o celda, utiliza varios módems de espectro expandido o unos módulos
de transmisor y receptor para procesar las señales de comunicación
destinadas a usuarios de sistema dentro del área de servicio. Cada
módulo receptor emplea genéricamente un receptor digital de datos
de espectro expandido y al menos un receptor buscador así como unos
desmoduladores asociados y elementos similares. Durante las
operaciones típicas, un módulo transmisor concreto y un módulo
receptor concreto, o un único módem, situado en la estación de base,
son asignados a un terminal de usuario para alojar la transferencia
de señales de comunicación entre la estación de base y el terminal
de usuario. En algunos casos, pueden ser utilizados múltiples
módulos receptores o módems para alojar la diversidad de las
señales de procesamiento.
Para sistemas de comunicaciones que emplean
satélites, los módulos de transmisor y receptor están generalmente
situados en las estaciones de base designadas como pasarelas que
comunican con los usuarios del sistema transfiriendo señales de
comunicaciones por medio de los satélites. Así mismo, puede haber
otros centros de control asociados que comuniquen con los satélites
o las pasarelas para mantener el control del tráfico global del
sistema y la sincronización de las señales.
Un ejemplo de un sistema de comunicaciones
inalámbrico construido y que opera de acuerdo con la presente
invención se ilustra en la Fig. 1. Un sistema de comunicaciones 100
utiliza técnicas de modulación de espectro expandido al comunicar
con los terminales de usuario (mostrados como terminales de usuario
126 y 128). En los sistemas terrestres, el sistema de
comunicaciones 100 comunica con las estaciones móviles o terminales
de usuario 126 y 128 utilizando estaciones de base (mostradas como
estaciones de base 114 y 116). Los sistemas tipo teléfono celular
en grandes áreas metropolitanas pueden tener cientos de estaciones
base 114 y 116 que den servicio a miles de terminales de usuario
126 y 128.
En los sistemas basados en satélites, el sistema
de comunicaciones 100 emplea repetidores satélite (mostrados como
satélites 118 y 120) y pasarelas del sistema (mostradas como
pasarelas 122 y 124) para comunicar con los terminales de usuario
126 y 128. Las pasarelas 122 y 124 envían señales de comunicación
hasta los terminales de usuario 126 y 128 a través de los satélites
118 y 120. Los sistemas a base de satélites en general emplean
menos repetidores satélite para dar servicio a más usuarios a lo
largo de un área geográfica más amplia que los sistemas terrestres
comparables.
Las estaciones móviles o terminales de usuario
126 y 128 tienen cada una o consisten en un dispositivo de
comunicaciones inalámbrico, como por ejemplo, pero no están
limitados a ellos, un teléfono celular, un transceptor de datos, o
un dispositivo de transferencia (por ejemplo, computadoras,
asistentes de datos personales, facsímil). Típicamente, dichas
unidades son o bien de mano o están montadas en vehículos, según se
desee. Aunque estos terminales de usuario son considerados en el
análisis como móviles, también se entiende que las enseñanzas de la
invención son aplicables a unidades fijas u otros tipos de
terminales en los que se desea el servicio inalámbrico a distancia.
Este último tipo de servicio está particularmente indicado en el uso
de repetidores satélite para establecer enlaces de comunicación en
muchas áreas remotas del mundo. Los terminales de usuario son
algunas veces designados como unidades de abonado, unidades móviles,
estaciones móviles, o simplemente "usuarios", "móviles",
o "abonados" en algunos sistemas de comunicaciones, dependiendo
de las preferencias.
Terminales de usuario ejemplares se divulgan en
la Patente estadounidense No. 5,691,974 referenciada anteriormente,
y en la Solicitud de Patente estadounidense con los números de serie
08/627,830 titulada "Control de Intensidad de la Señal Piloto
para un Sistema de Comunicaciones por Satélite de Órbita Terrestre
Baja" ["Pilot Signal Strength Control For a Low Earth
Orbiting Satellite Communications System"], y 08/723,725
titulada "Determinación Inequívoca de la Posición Utilizando
dos Satélites de Órbita Terrestre Baja" ["Unambiguous
Position Determination Using Two Low-Earth Orbit
Satellites"].
Se prevé en este ejemplo que los satélites 118 y
120 proporcionen múltiples haces dentro de "zonas" que están
dirigidos a dar cobertura a áreas geográficas separadas
genéricamente no superpuestas. En general, múltiples haces en
frecuencias diferentes, también designados como canales CDMA,
"subhaces" o señales FDM, franjas de frecuencia, o canales,
pueden ser dirigidos para solaparse en la misma área. Sin embargo,
se entiende sin dificultad que la cobertura de haces o áreas de
servicio para diferentes satélites o diagramas de antena para
emplazamientos celulares terrestres, puede solaparse completa o
parcialmente en un área determinada dependiendo del diseño del
sistema de comunicaciones y del tipo de servicio que se está
ofreciendo, y la diversidad espacial puede también obtenerse de
cualquiera de estas áreas o dispositivos de comunicaciones. Por
ejemplo, cada una puede dar servicio a conjuntos diferentes de
usuarios con diferentes características en frecuencias diferentes,
o una unidad móvil determinada puede utilizar múltiples frecuencias
y/o múltiples proveedores de servicios, solapándose cada uno en la
cobertura geofísica.
Como se ilustra en la Fig. 1, el sistema de
comunicaciones 100 genéricamente utiliza un controlador del sistema
y red de conmutación 112, también designado como oficina de
conmutación de telefonía móvil (MTSO), en sistemas terrestres y
centros de Control y Comando (de Tierra) (GOCC) para sistemas de
satélite, los cuales también comunican con los satélites. Dichos
controladores típicamente incluyen un conjunto de circuitos de
interfaz y procesamiento para suministrar un control global del
sistema destinado a las estaciones de base 114 y 116 o a las
pasarelas 122 y 124 sobre ciertas operaciones incluyendo generación
de código de PN, asignaciones, y sincronización. El controlador 112
controla también el encaminamiento de los enlaces de comunicación o
llamadas telefónicas entre una red telefónica conmutada pública
(PSTN), y las estaciones de base 114 y 116 o las pasarelas 122 y
124, y un terminal de usuario 126 y 128. Sin embargo, una interfaz
PSTN generalmente forma parte de cada pasarela para su directa
conexión con dichas redes o enlaces de comunicación.
Los enlaces de comunicación que acoplan el
controlador 112 a las diversas estaciones de base 114 y 116 o a las
pasarelas 122 y 124 del sistema, pueden establecerse utilizando
técnicas conocidas, como por ejemplo, sin que ello suponga
limitación, líneas telefónicas dedicadas, enlaces de fibra óptica, y
enlaces de comunicación de satélite dedicados o de microondas.
Aunque en la Fig. 1 solo se ilustran dos
satélites, el sistema de comunicaciones generalmente emplean
múltiples satélites 118 y 120 que atraviesan planos orbitales
diferentes. Se han propuesto diversos sistemas de comunicaciones
multisatélite incluyendo los que utilizan una constelación de
satélites de Órbita Terrestre Baja (LEO) para dar servicio a un
gran número de terminales de usuario. Sin embargo, los expertos en
la materia comprenderán sin dificultad hasta qué punto las
enseñanzas de la presente invención son aplicables a diversas
configuraciones de sistema tanto terrestres como de satélite.
En la Fig. 1, algunos de los posibles circuitos
de señal para enlace de comunicación entre las estaciones de base
114 y 116 y las señales de usuario 126 y 128 se ilustran como líneas
130, 132, 134, y 136. Las cabezas de flecha de estas líneas
ilustran las direcciones ejemplares de la señal del enlace, ya sea
como enlace hacia delante o inverso, y sirven como ilustración solo
por razones de claridad y no como restricción alguna del modelo de
señales
real.
real.
De modo similar, los circuitos de señal para los
enlaces de comunicación entre las pasarelas 122 y 124, los
repetidores de satélite 118 y 120, y los terminales de usuario 126 y
128 se ilustran en forma de líneas 146, 148, 150, y 152 para los
enlaces de pasarela a satélite y en forma de líneas 140, 142 y 144
para enlaces de satélite a usuario. En algunas configuraciones
también puede ser posible y deseable establecer enlaces directos de
satélite a satélite ejemplificados mediante la línea 154.
Como será evidente para la persona experta en la
materia, la presente invención está indicada tanto para sistemas
terrestres como para sistemas a base de satélites. Así, las
pasarelas 122 y 124 y las estaciones de base 114 y 116 serán
designadas en adelante como pasarela 122, por razones de claridad.
Los términos estación base y pasarela algunas veces se utilizan en
la técnica de forma intercambiable, siendo las pasarelas percibidas
como estaciones de base especializadas que dirigen las
comunicaciones a través de los satélites. Así mismo, los satélites
118 y 120 serán colectivamente designados como satélites 118, y los
terminales de usuario 126 y 128 serán colectivamente designados
como terminal de usuario 126.
La Fig. 2 ilustra una implementación ejemplar de
unos enlaces de comunicación utilizados entre la pasarela 122 y un
terminal de usuario 126 dentro del sistema de comunicaciones 100. Se
emplean dos enlaces en el sistema de comunicaciones 100 para
facilitar la transferencia de señales de comunicación entre la
pasarela 122 y el terminal de usuario 126. Estos enlaces son
designados como enlace hacia delante 210 y enlace inverso 220. El
enlace hacia delante 210 controla las señales de transmisión 215 que
son transmitidas desde la pasarela 122 hasta el terminal de usuario
126. En enlace inverso 220 controla las señales de transmisión 225
que son transmitidas desde el terminal de usuario 126 hasta la
pasarela 122.
El enlace hacia delante 210 incluye un
transmisor 212 del enlace hacia delante y un receptor 218 de enlace
hacia delante. En una forma de realización, el transmisor 212 del
enlace hacia delante es implementado en la pasarela 122 de acuerdo
con técnicas de comunicación CDMA bien conocidas como se divulga en
las patentes anteriormente referidas. En una forma de realización,
el receptor 218 de enlace hacia delante es implementado en un
terminal de usuario 126 de acuerdo con técnicas de comunicación de
CDMA bien conocidas según se divulga en las patentes anteriormente
referidas.
El enlace inverso 220 incluye un transmisor 222
de enlace inverso y un receptor 228 de enlace inverso. En una forma
de realización, el transmisor 222 de enlace inverso es implementado
en el terminal de usuario 126. En una forma de realización, un
receptor 228 de enlace inverso es implementado en la pasarela
126.
Como se expuso más arriba, el enlace inverso 220
utiliza al menos dos canales, incluyendo uno o más canales de
acceso y uno o más canales de tráfico inverso. Estos canales pueden
ser implementados por receptores separados o por el mismo receptor
que opere en distintos modos. Como se expuso anteriormente, un canal
de acceso se utiliza por los terminales de usuario 126 para
iniciar, o responder a las comunicaciones con la pasarela 122. Un
canal de acceso separado se requiere en cualquier momento
determinado para cada usuario activo. En particular, los canales de
acceso tienen el tiempo compartido por varios terminales de usuario
126 estando las transmisiones procedentes de cada usuario activo
separadas en el tiempo unas de otras. La estructura de los canales y
señales de acceso se analizará con mayor detalle más adelante.
Los sistemas pueden emplear más de un canal de
acceso dependiendo de factores conocidos, como por ejemplo un nivel
deseado de complejidad de la pasarela y de la sincronización de
acceso. En una forma de realización preferente, se emplean de 1 a 8
canales de acceso por frecuencia. En formas de realización
preferentes, los diferentes conjuntos de códigos de expansión PN se
utilizan entre los canales de tráfico inverso y los canales de
acceso. Así mismo, los canales de acceso pueden emplear códigos de
PN cortos escogidos entre un conjunto de códigos especiales (o
generadores de códigos), asignados solo para el empleo de canales de
acceso en toda la extensión del sistema de comunicaciones 100. Esta
última técnica proporciona un mecanismo muy eficaz para adquirir
rápidamente señales de acceso en pasarelas en presencia de un
retardo de la señal y del efecto Doppler y otros efectos
conocidos.
La Fig. 3 ilustra con mayor detalle un canal de
acceso 300. El canal de acceso 300 incluye un transmisor 310 del
canal de acceso, un receptor 320 del canal de acceso, y una señal de
acceso o sonda 330. El transmisor 310 del canal de acceso puede ser
incluido en el transmisor 322 de enlace inverso anteriormente
descrito. El receptor 320 del canal de acceso puede ser incluido en
el receptor 328 del canal inverso anteriormente descrito.
El canal de acceso 300 se utiliza para
intercambios de mensaje de señalización a corta distancia incluyendo
origen de llamadas, respuestas a búsquedas, y registros originados
desde el terminal de usuario 126 y destinado a la pasarela 122. Con
el fin de que el terminal de usuario 126 inicie o responda a las
comunicaciones con la pasarela 122 a través del canal de acceso
300, se envía una señal referida a una sonda de acceso 330.
Un canal de acceso está también generalmente
asociado con uno o más canales de búsqueda concretos utilizados en
el sistema de comunicaciones. Dicho canal responde a mensajes de
búsqueda más eficaces en el sentido de que el sistema sabe dónde
buscar transmisiones de acceso de terminal de usuario en respuesta a
las búsquedas. La asociación o asignación puede ser conocida en
base a un diseño fijo del sistema, o indicado a los terminales de
usuario dentro de la estructura de mensajes de búsqueda.
Una incertidumbre en la sincronización de la
sonda de acceso 330 surge debido a la distancia o longitud del
circuito de propagación cambiante entre el terminal de usuario 126 y
el satélite 118 como resultado de la órbita del satélite 118
alrededor de la tierra. Esta incertidumbre de sincronización está
limitada por un retardo de propagación mínimo y un retardo de
propagación máximo. El retardo de propagación mínimo es la cantidad
de tiempo requerida para que una señal viaje del terminal de usuario
126 hasta el satélite 118 (y una pasarela) genéricamente cuando el
satélite 118 está directamente sobre el terminal de usuario 126. El
retardo de propagación máximo es la cantidad de tiempo requerida
para que una señal viaje desde el terminal de usuario 126 hasta el
satélite 118 cuando el satélite 118 está situado en un horizonte
útil predeterminado del terminal de usuario 126. El retardo total
resulta también afectado por la posición de la pasarela con
respecto al satélite, y puede cambiar la posición del satélite en la
cual tienen lugar los máximos o mínimos. De forma similar, un
cierto grado de incertidumbre de sincronización puede surgir por el
movimiento relativo entre un terminal de usuario y la estación de
base 114 u otras fuentes de señal, aunque en general de menor
magnitud, dependiendo del movimiento relativo.
Resolver la incertidumbre de sincronización es
necesario con el fin de adquirir adecuadamente la sonda de acceso
330. Específicamente, la fase de sincronización de código de PN,
esto es, el momento de inicio de las secuencias de código de PN,
debe ser conocido con el fin de desexpandir los códigos de PN cortos
y largos utilizados en la formación de la sonda de acceso 330. Esto
se efectúa correlacionando la sonda de acceso 330 con varias
hipótesis de sincronización (y de código apropiadas) para determinar
que hipótesis de sincronización es la mejor estimación para
adquirir la sonda de acceso 330. Las hipótesis de sincronización
están desfasadas en el tiempo unas de otras (y la frecuencia por
los efectos Doppler) y representan diversas estimaciones de la
sincronización de la sonda de acceso 330, o de los códigos de PN
utilizados para generar la señal de acceso. La hipótesis que genera
la correlación más elevada con la sonda de acceso 330, en general
una que supere un predeterminado umbral de correlación, es la
hipótesis con la estimación más probable (asumida como
"correcta" o apropiada) de la sincronización para usar esa
sonda de acceso concreta 330. Una vez que la incertidumbre de
sincronización se resuelve de esta manera, la sonda de acceso 330
puede desexpandirse utilizando la sincronización resuelta y los
códigos de PN largos y cortos de acuerdo con técnicas bien
conocidas.
La técnica de acceso usual para una señal de
acceso es un acceso aleatorio conocido como "ALOHA de línea
ranurada". De acuerdo con esta técnica el sistema de
comunicaciones 100 establece una estructura de sincronización
regular sobre el canal de acceso para coordinar las transmisiones
de la sonda de acceso. La Fig. 4 es un diagrama de sincronización
que representa una típica estructura de sincronización para las
señales o sondas de acceso en un canal 400 de acceso aleatorio
ranurado. El canal 400 comprende unas ranuras de acceso 402, unos
limites 404, unas bandas de protección 406 y unas sondas de acceso
408. El canal 400 está dividido en bloques de tiempo de igual
duración conocidos como ranuras de acceso 402 que tienen unos
límites 404. En una forma de realización preferente, cada ranura de
acceso 402 incluye una banda de protección delantera 406A y una
banda de protección trasera 406B para acomodarse a las
incertidumbres de sincronización anteriormente descritas.
Cuando un terminal de usuario desea acceder al
sistema de comunicaciones 100, esto es, iniciar o responder a
comunicaciones, el terminal de usuario transmite la señal o sonda de
acceso 408 a la pasarela 122. La sonda de acceso convencional 408
incluye un preámbulo de acceso y un mensaje de acceso, y es
transmitida por el transmisor 310 del canal de acceso del terminal
de usuario 126 hasta el receptor 320 del canal de acceso de la
pasarela 122. En un sistema de espectro expandido convencional, el
mensaje de preámbulo y de acceso son ambos expandidos en cuadratura
con un par de códigos de PN corto y canalizados con el código de PN
largo. El preámbulo típicamente comprende datos nulos, esto es,
todo "unos" o todo "ceros", o un patrón seleccionado de
"unos" y "ceros". el preámbulo es transmitido primeramente
para proveer a los receptores del canal de acceso de una
oportunidad de adquirir la sonda 408 antes de que sea enviado el
mensaje de acceso. Cuando un receptor 320 del canal de acceso
recibe el preámbulo, el receptor 320 del canal de acceso debe
desexpandirlo utilizando el par de códigos de PN cortos y el código
de PN largo. Una vez que los códigos de PN cortos y largos son
determinados por el receptor 320 del canal de acceso, la sonda de
acceso que es designada como adquirida. Después de que el preámbulo
ha sido adquirido para un periodo de tiempo predeterminado, el
mensaje de acceso es transmitido por el transmisor 310 del canal de
acceso. El mensaje de acceso es expandido utilizando el mismo par
de código de PN corto y el código de PN largo utilizado para
expandir el preámbulo.
El preámbulo debe tener la suficiente longitud
para que el receptor 320 del canal de acceso tenga tiempo de
procesar las hipótesis y adquirir la sonda de acceso antes de que el
mensaje de acceso sea transmitido. En otro caso, el receptor 320
del canal de acceso estará todavía intentando adquirir la sonda de
acceso mientras que el mensaje de acceso está siendo transmitido.
En el presente caso, el mensaje de acceso no será adecuadamente
recibido. El tiempo requerido para adquirir una sonda de acceso,
designado como tiempo de adquisición, varía dependiendo de cuántos
receptores son utilizados en paralelo para procesar las hipótesis,
lo largas que son las diversas secuencias de código, la extensión
de la incertidumbre de sincronización de las transmisiones de la
señal, etc. Así mismo, la longitud y la frecuencia de repetición del
preámbulo son seleccionadas con el fin de reducir al mínimo las
colisiones entre las sondas de acceso transmitidas por los
diferentes terminales de usuario. Cada uno de estos factores son
tenidos en cuenta en base a consideraciones de diseño del sistema
al determinar la longitud del preámbulo, como debería resultar
evidente.
Las sondas de acceso de diseño convencional
interfieren mutuamente si son transmitidas simultáneamente. Por
esta razón, únicamente una sonda de acceso convencional puede ser
recibida con éxito durante una ranura de acceso sobre el canal de
acceso aleatorio ranurado. Debido a que las ranuras de acceso no
están reservadas para usuarios concretos, un usuario puede
transmitir durante cualquier ranura de acceso. El usuario entonces
espera una confirmación del receptor antes de transmitir otro
mensaje. Si no se recibe ninguna confirmación después de un periodo
predeterminado, el usuario asume que la sonda de acceso ha
colisionado con una sonda de acceso procedente de otro usuario, o
simplemente que no ha sido recibida, y retransmite el mensaje de
acceso.
La duración de la ranura de acceso (menos bandas
de protección) en un canal de acceso aleatorio ranurado
convencionales seleccionada para sobrepasar la longitud de la sonda
de acceso más larga posible. Las sondas de acceso convencionales
son entonces transmitidas para caer completamente dentro de una
ranura de acceso 402. Esta disposición reduce hasta cierto punto la
probabilidad de colisiones. Sin embargo, esta disposición provoca
también que una cantidad considerable de canal de acceso 400 sea
inutilizada. Debido a que es costoso añadir canales de comunicación,
es deseable reducir al mínimo la parte no utilizada de cualquier
canal de comunicación especialmente la utilizada para obtener el
acceso a un sistema o establecer enlaces de comunicación.
La Fig. 5 es un diagrama de sincronización de
sondas de acceso en un canal de acceso aleatorio ranurado de
acuerdo con una forma de realización preferente de la presente
invención. En la Fig. 5, las sondas de acceso convencionales 408
han sido sustituidas por unas sondas de acceso multipartes 502 de
acuerdo con la presente invención. Dicha sonda de acceso
multipartes se divulga con detalle en la Solicitud pendiente con la
actual y de titularidad obtenida de la forma común depositada el 16
de Junio de 1998, titulada "Adquisición Rápida de Señal y
Sincronización de Transmisiones de Acceso" ["Rapid
Signal Acquisition and Synchronization For Access
Transmissions"] que tiene la solicitud de Patente
estadounidense con el número de serie 09/098,631, que se incorpora
por referencia en la presente memoria. Como se describe más
adelante, las sondas de acceso multipartes pueden parcialmente
superponerse bajo ciertas condiciones. Esta técnica no solo reduce
considerablemente la parte no utilizada del canal de acceso 400,
sino que permite también que múltiples sondas de acceso 502
compartan el canal de acceso 400 sustancialmente en el mismo
tiempo, al menos durante un cierto periodo. Una diferencia
fundamental entre la invención y el protocolo convencional 400 es
que el preámbulo es inicialmente expandido con solo un par de
código de PN corto, y posteriormente tanto con el código de PN corto
como el código de PN largo. Este receptor 320 del canal de acceso
resuelve la incertidumbre de sincronización utilizando solo el par
de código de PN cortos 440. Por contra, el protocolo convencional
400 requiere el empleo tanto del par de códigos de PN cortos 440
como el código de PN largo 450 para resolver la incertidumbre de
sincronización.
La Fig. 6 ilustra un protocolo o estructura de
procedimiento 600 para generar una sonda de acceso 502 de acuerdo
con una forma de realización de la presente invención. En el
protocolo 600 la sonda de acceso 502 incluye un preámbulo 604 de la
sonda de acceso y un mensaje (mensaje de acceso 606 de la sonda de
acceso). De acuerdo con la presente invención, el preámbulo 604 es
transmitido en dos etapas: una primera etapa 508 y una segunda
etapa 510. El mensaje de acceso 606 es transmitido en una única
etapa 512. Las etapas 508, 510 y 512 son agrupadas en dos partes
con fines de modulación: una primera parte 504 y una segunda parte
506. La primera parte 504 incluye una primera etapa 508, y es
expandida con un código de PN corto 620. La segunda parte 506
incluye una segunda etapa 510 y una etapa de mensaje 512, y es
expandida con un código de PN corto 620 y un código de PN largo
602. En una forma de realización preferente, el código de PN corto
620 es un par de códigos de PN en cuadratura y se utiliza para
expandir la señal utilizando técnicas bien conocidas. En una forma
de realización, la secuencia de código de PN utilizada para
expandir un canal Q puede ser una versión retardada de la secuencia
de código de PN utilizada para expandir el canal l aunque los
códigos separados son preferentes.
En la primera etapa 508, el preámbulo 604 de la
sonda de acceso 502 es expandido por el código PN corto 620 para
una extensión de tiempo suficiente para posibilitar que el receptor
320 del canal de acceso determine la sincronización del código de
PN corto 620. El preámbulo 604 puede comprender cualquier patrón de
bits que facilite la adquisición de la sonda de acceso 502. En una
forma de realización preferente, el patrón de bits para el
preámbulo 604 son unos datos nulos, como por ejemplo un patrón de
bits todo unos, todo ceros, o un patrón preseleccionado de
"unos" y "ceros". Con el fin de facilitar la rápida
adquisición de la sonda de acceso 502 por la pasarela 122, el
código de PN largo 622 no se utiliza para expandir la primera etapa
508.
En la segunda etapa 510, el preámbulo 604 de la
sonda de acceso 502 es expandida por el código de PN corto 620,
como para la primera etapa 508. El preámbulo 604 es también
expandido por el código largo 622 para facilitar la sincronización
del código largo por la pasarela 122. Cuando el terminal de usuario
126 intenta un acceso sobre un canal de acceso específico, el
código largo 622 incluye una máscara asociada con el canal de
acceso, creando un código de PN pseudoortogonal. La pasarela
utiliza la misma máscara para desmodular las señales para ese
específico canal de acceso. Al final de la segunda etapa 510, el
receptor 320 del canal de acceso debe haber adquirido la sonda de
acceso 502.
Los mensajes de acceso pueden ser codificados de
forma similar a los datos sobre los canales de tráfico típicos que
son modulados con un número M utilizando un conjunto de códigos
ortogonales, como por ejemplo las funciones Walsh. Los datos
podrían ser modulados utilizando funciones Walsh simples, aunque la
incertidumbre de sincronización genéricamente está reñida con esta
propuesta.
En una forma de realización alternativa, durante
la fase de mensaje 512 los datos de mensaje son modulados por uno o
más códigos ortogonales seleccionados entre un conjunto de códigos
ortogonales, siendo a continuación expandidos por el código corto
620, y expandidos por el código largo 622. Un conjunto ejemplar de
códigos de PN ortogonales se divulga en una Solicitud de Patente
estadounidense pendiente con la actual transferida al titular de la
forma común SN 08/627,831, titulada "Utilización de Ondas de
Forma Ortogonales para Compartir un Canal CDMA Unico"
["Using Orthogonal Waveforms to Share a Single CDMA
Channel"] (PA208).
Dos sondas de acceso 502 generadas utilizando el
protocolo 600 pueden colisionar o interferir entre sí bajo ciertas
condiciones. Por ejemplo, dos señales moduladas con el mismo código
de PN corto 620 interferirán entre sí si la diferencia en sus
tiempos de llegada al receptor 320 del canal de acceso es inferior a
la mitad de un elemento de código, con elementos de código de
módulo 256. Por consiguiente, dos sondas de acceso 502 pueden
colisionar si sus primeras etapas 508 son transmitidas para ser
recibidas dentro de la misma ranura de acceso 402.
Así mismo, dos señales moduladas con el mismo
código de PN corto 620 y el mismo código largo 622 interferirán
entre sí bajo ciertas condiciones. Específicamente, dos señales
moduladas con el mismo código de PN corto 620 y el mismo código de
PN largo interferirán entre sí si la diferencia en sus tiempos de
llegada al receptor 320 del canal de acceso es inferior a la mitad
de un elemento de código, con elementos de código de módulo 256.
Por consiguiente, dos sondas de acceso 502 pueden interferir entre
sí si sus segundas etapas 510 son transmitidas para ser recibidas
dentro de la misma ranura de acceso 402.
Sin embargo, las señales moduladas con los
códigos de PN cortos 620 únicamente no colisionan con señales
también moduladas con el código de PN largo 622. Por consiguiente,
la primera etapa 508 de una sonda de acceso puede ocupar la misma
ranura de acceso 402 que la segunda etapa 510 y/o que la etapa de
mensaje 512 de otra sonda de acceso.
Así mismo, las señales moduladas con un código
ortogonal (cuando se utilice) no interfieren entre sí con las
señales moduladas con otros códigos ortogonales seleccionados entre
el mismo conjunto de códigos de expansión ortogonal. Por
consiguiente, la etapa de mensaje 512 de una sonda de acceso puede
ocupar la misma ranura de acceso 402 que la etapa de mensaje 512 de
otra sonda de acceso.
Por consiguiente, de acuerdo con la presente
invención, las sondas de acceso 502 pueden compartir una ranura de
acceso 402, o una de sus partes. Así, cuando la técnica de acceso
aleatorio ranurada es observada respecto de la primera etapa 508 de
cada sonda de acceso 502, y los tiempos de llegada de las segundas
etapas de las sondas de acceso 502 no coincidan según lo
anteriormente descrito, las señales de comunicaciones moduladas de
acuerdo con el protocolo de la Fig. 6 pueden superponerse
parcialmente, como se muestra en la Fig. 5. Esto posibilita el uso
de un tiempo de ranura que en otro caso se perdería o sería
indisponible. Así, la presente invención permite un uso más
eficiente de los canales de comunicaciones.
Así mismo, la longitud de cada ranura de acceso
ha sido normalmente definida como la suma de las longitudes de cada
parte de una señal de acceso, esto es, las partes de preámbulo y
mensaje, más las bandas de protección (en caso de que se utilicen)
(la etapa 508 + la etapa 508 + 512). Esto proporciona el número de
ranuras que son disponibles en un periodo de tiempo determinado. El
número de canales de acceso disponibles en una frecuencia
determinada está limitada por el número de códigos de PN cortos.
Estos hechos proporcionan conjuntamente el número de ranuras de
tiempo en las cuales los usuarios pueden intentar acceder al sistema
de comunicaciones 100. Sin embargo, con la presente invención, el
número de canales de acceso puede ser incrementado de manera
efectiva.
Por ejemplo, el hecho de que las partes o etapas
de las sondas de acceso puedan superponerse puede ser utilizado
para crear múltiples canales de acceso. Esto es, pueden constituirse
canales de acceso basados en o que utilicen códigos de PN cortos
cuya estructura de sincronización sea desplazada por un periodo de
tiempo preseleccionado dedicado o utilizado para la primera parte
del preámbulo (únicamente expansión de PN corto). Los canales
utilizan los mismos códigos de PN cortos desplazados en cuanto a
tiempo entre sí de forma que las diferentes partes de las señales o
sondas de acceso adyacentes que pueden ser recibidas no coincidan.
Una sonda de acceso puede ser recibida en un canal mientras que
otro canal recibe otra sonda de acceso que utiliza el mismo código
de PN corto pero tiene un desfase temporal, la longitud de la
primera etapa del preámbulo o mayor, de forma que las dos señales
no coinciden. La recepción de la segunda etapa del preámbulo y de la
parte de mensaje no provocarán una colisión en este esquema, y
aquellas partes no necesitan ser tenidas en cuenta para establecer
directamente los desfases de los canales. Los receptores pueden
establecer los canales de acuerdo con los códigos de PN desplazados
en el tiempo que utilizan para la hipótesis en los procedimientos de
adquisición y desmodulación de la señal. Dependiendo de la longitud
del tiempo utilizado para los desfases de tiempo para asegurar la
recepción del preámbulo, y cualquier banda de protección deseada,
como antes, se estima que pueden crearse dos o más canales en el
mismo espacio de frecuencia.
Sin embargo, una forma de realización preferente
de la invención tiene en cuenta que alternativamente la longitud
total (fija) de cada una de las ranuras puede ser reducida al
periodo del código de PN corto, más las bandas de protección o
tiempo extra de acuerdo con lo deseado para la ejecución del
sistema. Dado que las sondas de acceso no deben colisionar excepto
en este corto periodo de tiempo cuando se utilizan los códigos de PN
cortos, no son necesarias ranuras de tiempo para distinguir,
adquirir, y desmodular las señales de acceso. Esto posibilita que
se cree en efecto un mayor número de canales de acceso por canal
(también designados como canales en algunos sistemas) sobre los
canales o frecuencias de acceso. Esta técnica proporciona una
capacidad de canales de acceso incrementada y una facilidad de
acceso sin incrementar la complejidad de los sistemas de hardware o
control utilizados para crear y monitorizar los canales de
acceso.
La Fig. 7 es un diagrama de bloques de circuito
para un transmisor 310 de canal de acceso ejemplar para transmitir
una sonda de acceso 502 de acuerdo con el protocolo o estructura de
señal de la Fig. 6. El transmisor 310 de canales de acceso incluye
un modulador de datos 702, unos moduladores de código de PN 704, un
transmisor 706 y una antena 708.
La Fig. 8 es un diagrama de flujo que describe
el funcionamiento del circuito de la Fig. 7. En una etapa 802, el
modulador de datos 702 modula una señal portadora (banda de base) de
diseño convencional (no mostrado) con un mensaje de acceso para
producir una etapa de mensaje 512 de la segunda parte 506 de la
sonda de acceso 502. En una etapa 804, el modulador de código de PN
704A modula una parte de la señal producida por el modulador de
datos 702 utilizando el código de PN largo 622 para producir la
segunda parte 506 de la sonda de acceso 502. En una etapa 806, el
modulador de código de PN 704B modula la primera parte 504 y la
segunda parte 506 de la señal producida por el modulador de código
de PN 704A utilizando el código de PN corto 620. En una etapa 808
el transmisor 706 transmite la sonda de acceso 502 por medio de la
antena 708 para que la primera parte 504 de la sonda de acceso 502
caiga completamente dentro de la ranura de acceso 402.
La Fig. 9 es un diagrama de bloques de circuito
de un receptor 320 de canal de acceso ejemplar para recibir una
sonda de acceso 502 de acuerdo con el protocolo de la Fig. 6. El
receptor 320 del canal de acceso incluye un buscador 902, unos
desmoduladores 904A a 904N, y una antena 908. La arquitectura de dos
etapas 320 del canal de acceso es ideal para el procesamiento de la
sonda de acceso multipartes de la presente invención a modo de
cadena de procesamiento, según lo descrito a continuación.
En funcionamiento, el buscador 902 recibe la
sonda de acceso 502 utilizando la antena 908 y adquiere el preámbulo
604. El preámbulo 604 es adquirido mediante la adquisición del
código de PN corto 620 y del código de PN largo, según lo
anteriormente descrito, y desexpandiendo la sonda de acceso 502.
Cuando el buscador 902 ha adquirido el preámbulo 604, el buscador
902 transfiere la sonda de acceso desexpandida hasta uno de los
desmoduladores 904. El desmodulador 904 desmodula la sonda de
acceso de desexpansión para obtener el mensaje de acceso 606.
Debido a que el preámbulo 604 y el mensaje de
acceso 606 se obtienen por unidades funcionales separadas, pueden
tener lugar simultáneamente para diferentes sondas de acceso. Esto
es, más concretamente, un desmodulador 902 puede desmodular un
mensaje de acceso de una sonda de acceso mientras que el buscador
902 adquiere el preámbulo de otra sonda de acceso. Esta disposición
está perfectamente diseñada para un uso más eficiente de las sondas
de acceso multipartes de superposición de acuerdo con la presente
invención. De acuerdo con lo expuesto anteriormente, debido a que
la señal de acceso que no es recibida de modo satisfactorio puede
ser de nuevo enviada antes de que haya pasado un entero periodo de
acceso convencional, incluso señales de acceso no adquiridas o
fracasadas pueden eficientemente conseguir el acceso al sistema de
comunicaciones. Así mismo, cuando se proporcionan canales de acceso
desfasados adicionales o se están utilizando ranuras de tiempo más
cortas, la probabilidad de no adquisición disminuye junto con el
tiempo para reenviar y adquirir las señales de acceso.
La descripción anterior de las formas de
realización preferentes se ofrece para posibilitar que cualquier
persona experta en la materia lleve a la práctica o utilice la
presente invención. Aunque la invención ha sido particularmente
mostrada y descrita con referencia a sus formas de realización
preferentes, los expertos en la materia entenderán que pueden
llevarse a cabo diversos cambios de forma y detalle sin apartarse
del ámbito de la invención tal como se define en las
reivindicaciones adjuntas. Por ejemplo, la invención está
igualmente indicada para transmisiones distintas de las
transmisiones de canal de acceso que sean expandidas con secuencias
de código múltiples.
Claims (27)
1. Un sistema para transmitir sondas de acceso
(502) a través de un canal de comunicaciones de acceso aleatorio
ranurado que tiene una pluralidad de ranuras de canal de acceso,
incluyendo cada una de dichas sondas de acceso (502) un preámbulo
(604) que tiene unas primera y segunda etapas (508, 510) y un
mensaje de acceso (606) en una etapa de mensaje de acceso (512),
comprendiendo el sistema unos medios para generar una sonda de
acceso, comprendiendo dichos medios de generación:
- un modulador de datos (702) para producir una etapa de mensaje de acceso (512), un primero y un segundo modulador (704B, 704A), en el que
- dicho segundo modulador (704A) está acoplado a dicho modulador de datos (702) para modular una segunda parte de la sonda de acceso (502) con una secuencia de pseudorruido (622) en base a un código de PN largo, y en el que
- dicho primer modulador (704B) está acoplado a dicho segundo modulador (704A) para modular una primera parte (504) y dicha segunda parte (506) de la sonda de acceso (502) con una secuencia de pseudorruido (620) en base a un código de PN corto, en el que dicha primera parte (504) incluye dicha primera etapa (508) y dicha segunda parte (506) incluye dicha segunda etapa (510) y dicha etapa (512) de mensaje de acceso; y comprendiendo así mismo dicho sistema
- un transmisor (706) acoplado a dichos medios de generación para transmitir la sonda de acceso (502) de tal forma que dicha primera parte caiga dentro de una de las ranuras de canal de acceso.
2. El sistema de la reivindicación 1, en el que
el primer modulador está adaptado para usar una secuencia de PN
(620) en base a un código de PN corto, teniendo el código una
longitud de 2^{8} elementos de código.
3. El sistema de la reivindicación 1, en el que
el segundo modulador está adaptado para usar una secuencia de PN
(622) en base a un código de PN largo, teniendo el código una
longitud de 2^{42} elementos de código.
4. El sistema de la reivindicación 1, en el que
dicho primer modulador está adaptado para usar una secuencia de PN
en base a un código de PN corto (620), el cual es un par de
secuencias de pseudorruido cortas en cuadratura.
5. El sistema de la reivindicación 1, en el que
cada una de dichas ranuras de canal de acceso tiene unas primera y
segunda bandas de protección, en el que dichos medios de transmisión
comprende así mismo:
- unos medios para transmitir la sonda de acceso (502) de tal forma que dicha primera parte caiga dentro de una de las ranuras de canal de acceso entre dichas primera y segunda bandas de protección.
6. Un sistema para recibir una sonda de acceso
(502) a través de un canal de comunicaciones de acceso aleatorio
ranurado que tiene una pluralidad de ranuras de canal de acceso,
incluyendo cada una de las sondas de acceso (502) una primera parte
modulada solo con una secuencia de pseudorruido (620) en base a un
código de PN corto y una segunda parte modulada con la secuencia de
pseudorruido (620) en base al código de PN corto y una secuencia de
pseudorruido (622) en base a código de de PN largo, incluyendo la
primera parte (504) una primera etapa (508) e incluyendo la segunda
parte (506) una segunda etapa (510), y en el que la primera etapa
(508) y la segunda etapa (510) forman un preámbulo (604),
comprendiendo el sistema:
- una pluralidad de desmoduladores para desmodular la sonda de acceso (502); y
- un receptor de buscador especialmente adaptado para adquirir y desexpandir la sonda de acceso (502) y transmitir dicha sonda de acceso desexpandida (502) a uno entre dicha pluralidad de desmoduladores.
7. El sistema de la reivindicación 6, en el que
el canal de comunicaciones de acceso aleatorio ranurado es un canal
ranurado ALOHA.
8. Un procedimiento para transmitir sondas de
acceso (502) a través de un canal de comunicaciones de acceso
aleatorio ranurado que tiene una pluralidad de ranuras de canal de
acceso, incluyendo cada una de dichas sondas de acceso (502) un
preámbulo que tiene una primera y una segunda etapas (508, 510) y un
mensaje de acceso (606) en una etapa de mensaje de acceso (512)
comprendiendo el procedimiento de las etapas de:
- producir (802) dicha etapa de mensaje de acceso (512) con el mensaje de acceso (606);
- modular (804) una segunda parte de la sonda de acceso (502) con una secuencia de pseudorruido (622) en base a un código de PN largo, después de modular (802) dicha etapa de mensaje de acceso (502);
- modular (806) una primera parte y una segunda parte de la sonda de acceso (502) con una secuencia de pseudorruido (620) en base a un código de PN corto, después de modular (804) la segunda parte de la sonda de acceso (502), en el que dicha primera parte (504) incluye dicha primera etapa (508) y dicha segunda parte (506) incluye dicha segunda etapa (510) y dicha etapa de mensaje (512); y
- transmitir (808) la sonda de acceso (502) de tal forma que dicha primera parte caiga dentro de una de las ranuras de canal de acceso.
9. El procedimiento de la reivindicación 8, en
el que la longitud de dicho código de pseudorruido corto es de
2^{8} elementos de código.
10. El procedimiento de la reivindicación 8, en
el que la longitud de dicho código de pseudorruido largo es de
2^{42} elementos de código.
11. El procedimiento de la reivindicación 8, en
el que dicha secuencia de pseudorruido (620) en base a un código de
PN corto es un par de secuencias de pseudorruido en cuadratura en
base a un código de PN corto.
12. El procedimiento de la reivindicación 8, en
el que cada uno de dichas ranuras de canal de acceso tiene una
primera y una segunda bandas de protección, comprendiendo así mismo
la etapa de: transmitir la sonda de acceso (502) de tal forma que
dicha primera parte caiga dentro de una de las ranuras de canal de
acceso entre dichas primera y segunda bandas de protección.
13. El procedimiento de la reivindicación 8 para
transmitir dichas sondas de acceso como una pluralidad de señales
de acceso a través de al menos un canal de acceso, y en el que dicha
etapa de transmisión comprende transmitir cada una de dichas
señales de acceso en forma de dicha primera etapa, de dicha segunda
etapa, y de dicha etapa de mensaje, de tal forma que dicha primera
etapa caiga dentro de una ranura entre una pluralidad de ranuras de
tiempo preseleccionadas cuya longitud se corresponda sustancialmente
con la de dicha primera etapa.
14. El procedimiento de la reivindicación 13, en
el que más de una señal de acceso es transmitida a tiempo, de forma
que una segunda etapa o una etapa de montaje se superponga a la
primera etapa de una o varias distintas señales de acceso
transmitidas.
15. El procedimiento de la reivindicación 13,
que comprende así mismo unas bandas de protección que constituyen
los límites de dichas ranuras de tiempo preseleccionadas.
16. El procedimiento de la reivindicación 13, en
el que dicha primera etapa modulada del preámbulo es transmitida
durante un tiempo suficiente para que un receptor adquiera una
sincronización de dicha secuencia de pseudorruido corta.
17. El procedimiento de la reivindicación 16, en
el que dicha segunda etapa modulada del preámbulo es transmitida
durante un tiempo suficiente para que un receptor adquiera una
sincronización de dicha secuencia de pseudorruido larga.
18. El procedimiento de la reivindicación 13, en
el que dicha secuencia de pseudorruido corta es un par de secuencias
de pseudorruido de expansión en cuadratura.
19. El procedimiento de la reivindicación 18, en
el que dicha secuencia de pseudorruido larga es una secuencia de
pseudorruido de canalización.
20. El procedimiento de la reivindicación 19, en
el que dicha señal de acceso comprende un mensaje que sigue a dicho
preámbulo, siendo dicho mensaje modulado por dicha primera secuencia
de código y por dicha segunda secuencia de código.
21. Un procedimiento para utilizar una señal de
acceso en un sistema de comunicaciones inalámbricos que
comprende:
- transmitir la señal de acceso que incluye un preámbulo y un mensaje, teniendo dicho preámbulo una primera etapa de una primera longitud predeterminada y una segunda etapa, teniendo dicha primera etapa unos datos modulados solo por una primera señal, teniendo dicha segunda etapa unos datos modulados por una segunda señal y por dicha primera señal, en el que dichas primera y segunda señales son secuencias de pseudorruido respectivamente basadas en un código de PN corto y en un código de PN largo; y
- recibir dicha señal de acceso a través de un canal de acceso dividido en ranuras de tiempo de recepción de señal que tienen sustancialmente la misma longitud que dicha primera etapa.
22. El procedimiento de la reivindicación 21, en
el que dicha primera etapa del preámbulo está compuesta por datos
nulos.
23. El procedimiento de la reivindicación 21, en
el que la segunda etapa del preámbulo está compuesta por datos
nulos.
24. Un procedimiento para utilizar una señal de
acceso en un sistema de comunicaciones inalámbrico que
comprende:
- transmitir la señal de acceso que incluye un preámbulo y un mensaje, teniendo dicho preámbulo una primera etapa de una primera longitud predeterminada y una segunda etapa, teniendo dicha primera etapa unos datos modulados solo por una primera señal, teniendo dicha primera etapa unos datos modulados por una segunda señal y por dicha primera señal, en el que dichas primera y segunda señales son secuencias de pseudorruido respectivamente basadas en un código de PN corto y en un código de PN largo; y
- recibir dicha señal de acceso a través de una pluralidad de canales de acceso divididos en ranuras de tiempo de recepción de señal que están temporalmente desfasados entre sí por un periodo sustancialmente de la misma longitud que dicha primera etapa.
25. El procedimiento de la reivindicación 24, en
el que la primera etapa del preámbulo está compuesta por datos
nulos.
26. El procedimiento de la reivindicación 24, en
el que dicha primera señal y dicha segunda señal son secuencias de
PN.
27. El procedimiento de la reivindicación 24,
que comprende así mismo unas bandas de protección que constituyen
los límites de dichas ranuras de tiempo de recepción de señal.
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