ES2298836T3 - Metodo, aparato y sistema para transmision y tratamiento de datos en un entorno de comunicaciones inalambricas. - Google Patents

Metodo, aparato y sistema para transmision y tratamiento de datos en un entorno de comunicaciones inalambricas. Download PDF

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Abstract

Un método de tratamiento de datos en un sistema de comunicaciones (200), que comprende: recibir indicaciones de calidad de señal asociadas con una pluralidad de estaciones de usuario (210); seleccionar una primera estación de usuario (210) y una segunda estación de usuario (210) para recibir datos de una estación base (220), basándose en las indicaciones de calidad de señal; construir un primer paquete que contenga datos de señalización para la primera estación de usuario (210) y datos de aplicaciones para la segunda estación de usuario (210); superponer, mediante codificación por superposición, un segundo paquete sobre el primer paquete, conteniendo el segundo paquete datos de aplicaciones para la primera estación de usuario (210); y transmitir simultáneamente el primero y el segundo paquetes desde la estación base (220) a las estaciones de usuario primera y segunda (210).

Description

Método, aparato y sistema para transmisión y tratamiento de datos en un entorno de comunicaciones inalámbricas.
Reivindicación de prioridad según la Sección 119 del Título 35 del U.S.C.
La presente solicitud de patente reivindica la prioridad de la solicitud provisional núm. 60/516.996, titulada "Método, aparato y sistema para transmisión y tratamiento de datos en un entorno de comunicaciones inalámbricas", presentada el 3 de Noviembre de 2003.
Antecedentes Campo
El presente invento se refiere, en general, a los campos de las comunicaciones inalámbricas y del tratamiento de la información y, más específicamente, a un método, un aparato y un sistema para transmisión y tratamiento de datos en un entorno de comunicaciones inalámbricas.
Antecedentes
En años recientes, el comportamiento y las posibilidades de los sistemas de comunicaciones han continuado mejorando rápidamente a la luz de diversas mejoras y avances tecnológicos relacionados con la arquitectura de las redes de telecomunicaciones, el tratamiento de señales y los protocolos. En el área de las comunicaciones inalámbricas, se han desarrollado varios protocolos y normas de acceso múltiple a fin de incrementar la capacidad de los sistemas y hacer frente al rápido crecimiento de la demanda de los usuarios. Estas diversas normas y esquemas de acceso múltiple incluyen el acceso múltiple por división de tiempo (TDMA), el acceso múltiple por división de frecuencia (FDMA), el acceso múltiple por división de código (CDMA), y el acceso múltiple por división de frecuencia ortogonal (OFDMA), etc. Generalmente, en un sistema que emplee la técnica de TDMA, a cada usuario se le permite transmitir información en sus intervalos de tiempo asignados o destinados, mientras que un sistema de FDMA permite que cada usuario transmita información en una frecuencia particular que le ha sido asignada a ese usuario particular. En contraste con ello, un sistema de CDMA es un sistema de espectro amplio que permite que diferentes usuarios transmitan información en la misma frecuencia y al mismo tiempo al asignar un código único a cada usuario. En un sistema de OFDMA, una corriente de datos de alta velocidad es partida o dividida en varias corrientes de datos de menor velocidad, que son transmitidas, simultáneamente, en paralelo en varias subportadoras (denominadas, también, en este documento, frecuencias subportadoras). A cada usuario de un sistema de OFDMA se le proporciona un subconjunto de las subportadoras disponibles para la transmisión de información.
La tecnología de acceso múltiple por división de código (CDMA) se introdujo en los sistemas celulares a principio de los años 90, con el desarrollo de la norma IS-95. El sistema IS-95 ha evolucionado significativamente y ha madurado en la última década, dando como resultado las revisiones mejoradas IS-95 A y B, en 1994 y 1998, respectivamente. La IS-95-A/B y otras normas relacionadas forman la base de la tecnología celular de segunda generación, conocida también como cdmaOne (cdmaUno).
La evolución 3G de cdmaOne consiste en una familia de normas, conocida como cdma2000 que vieron la luz, primero, con la publicación de la IS-2000 Versión 0 en 1999. La Versión A de la IS-2000 se publicó a mediados del 2000 con la inclusión de soporte de señalización adicional para características tales como nuevos canales de comunicaciones, negociación QoS (calidad de servicio), autenticación mejorada, cifrado y servicios concurrentes. El sistema cdma2000 fue diseñado para ser compatible con versiones anteriores de terminales de voz y redes cdmaOne existentes.
La norma IS-2000 introduce varias características nuevas, en comparación con los sistemas inalámbricos de segunda generación (2G). Entre ellas, la introducción del control rápido de potencia directa, la modulación QPSK, frecuencias de código más bajas, potente codificación turbo, enlace inverso coherente pilotado y soporte de diversidad de transmisión, se consideran las más importantes características de la IS-2000 destinadas a la mejora de la capacidad.
Aún cuando la norma IS-2000 introduce nuevas características que mejoran, significativamente, los servicios de datos y la capacidad de voz, el diseño no se optimizó para el tráfico IP de alta velocidad. A consecuencia de ello, al final del 2000, se consiguió una adición importante a la cdma2000 mediante la introducción del sistema de datos en paquetes a alta velocidad (HRDP) (IS-856). La norma IS-856, denominada también 1xEV-DO en esta memoria, se optimizó para servicios inalámbricos de datos en paquetes a alta velocidad. El enlace directo IS-856 utiliza forma de onda multiplexada por división de tiempo (TDM), lo que elimina el compartir la potencia entre usuarios activos al asignar toda la potencia del sector y todos los canales de código a un solo usuario en un instante. Esto contrasta con la forma de onda multiplexada por división de código (CDMA) en el enlace directo IS-95, en la que siempre existe un margen de potencia de transmisión sin utilizar que depende del número de usuarios activos y de la potencia asignada a cada usuario. En IS-95, cada canal (canales piloto, de sincronismo, de gestión de páginas y de tráfico) es transmitido todo el tiempo con una cierta fracción de la potencia total del sector, mientras que el canal equivalente, en IS-856, es transmitido a toda potencia durante sólo una cierta fracción de tiempo.
Debido a la forma de onda TDM del enlace directo IS-856, siempre que se presta servicio a un terminal se le asigna toda la potencia del sector, por lo que no es necesaria adaptación de potencia. En cambio, en el enlace directo IS-856 se utiliza adaptación de velocidad. En general, la máxima velocidad con que pueden transmitirse datos a cada terminal, es función de la SINR (relación entre señal y ruido más interferencia) recibida del sector que presta el servicio. Esta es, típicamente, una magnitud variable en el tiempo, especialmente para los usuarios de móviles. Con el fin de conseguir la máxima velocidad de transmisión de datos en cada momento de la transmisión, cada terminal predice la condición de canal en el siguiente paquete para su sector servidor, basándose en la correlación de los estados de canal. Selecciona la velocidad de transmisión de datos más alta a la que puede realizarse una descodificación fiable basándose en la SINR predicha y, luego, informa al sector servidor sobre su velocidad seleccionada por el canal de realimentación de enlace inverso. Siempre que la red decida prestar servicio a un terminal, transmite con la velocidad seleccionada más recientemente realimentada desde el terminal. Este procedimiento se denomina control de velocidad en circuito cerrado.
En un sistema que emplee planificación en TDM para transmisión desde una estación base a terminales de usuario o estaciones de usuario (por ejemplo, la transmisión de enlace directo o de enlace descendente 1xEV-DO corriente), la estación base transmite un único paquete a un usuario particular en un momento dado. Como se muestra en la Figura 1, diferentes usuarios son multiplexados por división de tiempo, es decir, se les presta servicio en distintos instantes de tiempo. Con el fin de mantener la equidad, el sistema emplea una cantidad de tiempo significativa prestando servicio a usuarios cuya SINR sea baja. La planificación en TDM obliga a la estación base a asignar el ancho de banda entre diferentes usuarios en la misma proporción en que asigna su potencia de transmisión a diferentes usuarios. Si bien los usuarios con mala cobertura requieren compartir en gran parte la potencia de transmisión de la estación base, solamente necesitan una pequeña fracción del ancho de banda. Mientras se presta servicio a los usuarios con SINR baja, el ancho de banda del sistema se desperdicia o se infrautiliza innecesariamente. Como resultado, el rendimiento del sistema se reduce significativamente por la presencia de unos pocos usuarios con SINR baja (mala cobertura).
Un enfoque para hacer frente al problema antes mencionado, consiste en utilizar la solución de CDM, que es asignar un número variable de canales de código a diferentes usuarios, y aplicar control de la potencia a la transmisión a múltiples usuarios con el fin de mantener un enlace fiable con cada usuario. Esta solución, sin embargo, requiere la asignación dinámica de canales de código a diferentes usuarios, así como la necesidad de controlar la potencia de los diferentes usuarios lo bastante rápidamente para seguir la variación de canal. Además, el resultado es que cualquier forma de división del ancho de banda entre múltiples usuarios en el enlace descendente, es menos que óptima, desde el punto de vista de la optimización del rendimiento. Como resultado, la solución de CDM no proporciona tanta ganancia en el rendimiento del sistema.
El documento EP 1 294 212 describe un método de planificar una pluralidad de equipos de abonado basándose en conjuntos de condiciones de canal para los canales de enlace ascendente y de enlace descendente de una interconexión aérea de un sistema de comunicaciones inalámbricas. Cover T.M., en "Canales de emisión", en IEEE Transactions on Information Theory, IEEE Inc., New York, EE.UU., vol. IT-18, núm. 1, Enero de 1972 (01-1972), en sus páginas 2-14, considera el problema de que una sola fuente intente comunicar información, simultáneamente, a varios receptores.
Por tanto, en la técnica existe la necesidad de un método, un aparato y un sistema para la transmisión y el tratamiento eficaces de datos en un entorno de comunicaciones inalámbricas, a fin de mejorar la utilización del ancho de banda y el rendimiento del sistema.
Sumario
De acuerdo con un aspecto del presente invento, se proporciona un método en el que se reciben indicaciones de la calidad de la señal asociada con cada una de la pluralidad de estaciones de usuario. Basándose en las indicaciones de la calidad de la señal asociada con la pluralidad de estaciones de usuario, se seleccionan una primera estación de usuario y una segunda estación de usuario para recibir datos de una estación base. Se construye un primer paquete, que contiene datos de señalización para la primera estación de usuario y datos de aplicaciones para la segunda estación de usuario. Sobre el primer paquete se superpone un segundo paquete que contiene datos de aplicaciones para la primera estación de usuario. Se transmiten simultáneamente el primero y el segundo paquetes, desde la estación base a la primera y a la segunda estaciones de usuario.
El invento se caracteriza por las reivindicaciones independientes, Otras realizaciones se exponen en las reivindicaciones dependientes.
Breve descripción de los dibujos
La Fig. 1 es un diagrama que ilustra una configuración de planificación TDM usual;
la Fig. 2 es un diagrama de bloques de un sistema de comunicaciones en el que se llevan a la práctica las enseñanzas del presente invento;
la Fig. 3 es un diagrama que ilustra una estructura del enlace directo;
la Fig. 4 es un diagrama que ilustra una estructura de un enlace inverso;
la Fig. 5 es un diagrama de bloques que muestra una configuración de control de velocidad de transmisión de acuerdo con una realización del invento;
la Fig. 6 muestra un diagrama de bloques de un planificador/controlador de acuerdo con una realización del presente invento;
la Fig. 7 muestra un ejemplo de una tabla que contiene los diversos criterios de selección/planificación, de acuerdo con una realización del presente invento;
La Fig. 8 es un diagrama que ilustra un esquema de transmisión de enlace directo hecho funcionar de acuerdo con una realización del presente invento;
la Fig. 9 muestra un ejemplo de un paquete multiusuario de acuerdo con una realización del presente invento;
la Fig. 10 muestra un ejemplo de un paquete multiusuario sobre el que está superpuesto otro paquete;
la Fig. 11 es un diagrama de proceso de un método para transmisión de datos en un sistema de comunicaciones inalámbricas, de acuerdo con una realización del presente invento; y
la Fig. 12 es un diagrama de proceso de un método de tratamiento de datos en un sistema de comunicaciones inalámbricas, de acuerdo con una realización del presente invento.
Descripción detallada
El término "ilustrativa" se utiliza en esta memoria en el sentido de "que sirve de ejemplo, instancia o ilustración". Cualquier realización descrita en este documento como "ilustrativa" no ha de considerarse, necesariamente, como preferida o ventajosa, con respecto a otras realizaciones.
De acuerdo con diversas realizaciones del presente invento descritas con detalle en lo que sigue, la falta de eficacia asociada con la planificación TDM puede evitarse prestando servicio a múltiples usuarios (por ejemplo, dos usuarios) a la vez, uno de ellos con un alto nivel de calidad de señal (por ejemplo, una SINR alta) y otro de ellos con un bajo nivel de calidad de la señal (por ejemplo, una SINR baja), utilizando una técnica conocida como codificación por superposición. Empleando codificación por superposición y planificación, se mejora el rendimiento del sistema en forma considerable, sin privar a los usuarios con una SINR baja de su justa distribución del rendimiento y de los recursos del sistema.
Si bien los diversos ejemplos ofrecidos en este documento están dirigidos a un sistema basado en CDMA, tal como un sistema IS-685, un experto en la técnica debe comprender y reconocer que las enseñanzas del presente invento pueden aplicarse a cualquier sistema de comunicaciones que emplee planificación TDM, planificación CMD o combinaciones de las mismas. De acuerdo con una realización del invento, en un sistema que incluya una estación base que preste servicio a múltiples terminales de usuario o estaciones de usuario, la estación base puede seleccionar un único usuario o múltiples usuarios (por ejemplo, un par de usuarios) para prestarles servicio en un momento dado. Si la estación base selecciona prestar servicio a un solo usuario, trabaja simplemente como el sistema TDM corriente. Si la estación base selecciona prestar servicio a un par de usuarios, se construye un paquete "multiusuario" (primer paquete) a una velocidad de transmisión de datos lo bastante baja de forma que ambos usuarios puedan desmodular. Sobre el paquete "multiusuario" se superpone otro paquete (segundo paquete) destinado a sólo uno de los dos usuarios. El segundo paquete se codifica de tal forma que se comporte como interferencia aleatoria para el paquete multiusuario. En una realización, un paquete multiusuario es un solo paquete de capas físicas, que contiene cargas útiles de capa superior que pertenecen a más de un usuario. La carga útil de capa superior dirigida al usuario con SINR baja contiene datos de aplicaciones para ese usuario. La carga útil de capa superior dirigida al usuario con SINR elevada contiene datos de señalización para el usuario con SINR elevada. En una realización, los datos de señalización indican los parámetros de codificación/modulación de otro paquete de capas físicas que está siendo transmitido simultáneamente al usuario con SINR elevada. Al recibirse los datos de señalización integrados en el paquete multiusuario, el usuario con SINR elevada resta la contribución del paquete multiusuario de la señal recibida y utiliza la señal resultante para extraer el segundo paquete, cuyos parámetros de codificación fueron especificados por los datos de señalización. Así, el usuario con SINR baja recibe servicio de la masa del paquete multiusuario, mientras que al usuario con SINR elevada le presta servicio el segundo paquete que se superpuso al paquete multiusuario. La codificación por superposición y la planificación de acuerdo con diversas realizaciones del presente invento se describen con mayor detalle en lo que sigue.
Planificación multiplexada por división de tiempo (TDM)
Los siguientes conceptos y principios se exponen con respecto a un sistema de comunicaciones que incluye un transmisor (por ejemplo, una estación base) y múltiples receptores (por ejemplo, terminales de usuario o estaciones de usuario, etc.). Supongamos que \gamma_{k} designa la SNR de canal de la estación de usuario de orden k (denominada también, en esta memoria, usuario de orden k). La SNR de canal de un usuario puede definirse como la SNR de los símbolos de datos recibidos por ese usuario, si la estación base transmite a ese usuario a toda potencia. Supongamos que
C(\gamma) representa la función que correlaciona la SNR de símbolos de datos, \gamma, a la máxima velocidad de transmisión de datos soportable. La máxima velocidad de transmisión de datos soportable está limitada, por arriba, por la capacidad de Shannon de un canal AWGN con esa SNR, es decir, C(\gamma)\leqWlog(1+\gamma). Debe observarse que C(\gamma) es una función creciente de la SNR.
Para un planificador TDM que preste servicio al usuario de orden k durante una fracción \alpha_{k} del tiempo total, la velocidad de transmisión de datos efectiva del usuario de orden k viene dada por R_{k}=\alpha_{k}C(\gamma_{k}). En consecuencia, la región de velocidad del planificador TDM con N usuarios puede definirse como el conjunto de todas las velocidades que puedan conseguirse de todos los usuarios del sistema, dado por:
1
Planificadores TDM con diferentes criterios de equidad funcionan en puntos diferentes en la región de velocidad anteriormente descrita. Por ejemplo, un planificador para equidad de GoS puede seleccionar las fracciones de tiempo \alpha_{k} de tal modo que todos los usuarios tengan la misma velocidad de transmisión de datos R_{eq} efectiva. Más específicamente, un planificador de equidad de GoS puede seleccionar 2 de modo que 3
El rendimiento total del sistema viene dado por la media armónica
4
Por otro lado, un planificador de equidad de tiempo puede seleccionar 5 de modo que la velocidad de transmisión efectiva del usuario de orden k venga dada por 6 y el rendimiento total del sistema venga dado por la media aritmética 7 El planificador de equidad proporcional, que intenta hacer que la suma de las velocidades de transmisión de datos logarítmicas 8 sea máxima, también coincide con el planificador equidad de tiempo, para el canal que no varía en el tiempo (estático) considerado anteriormente.
Hasta ahora, se ha supuesto que el canal es estático, es decir, que la SNR del canal de los usuarios no cambia con el tiempo. Si el canal varía en el tiempo, la SNR de los usuarios cambia con el tiempo y puede necesitarse un planificador dinámico que explote las variaciones de canal. Un planificador TDM dinámico puede tomar un usuario para prestarle servicio en cada intervalo de tiempo, dependiendo de la historia de la SNR de todos los usuarios hasta ese instante. Supongamos que T_{k}[n] es el rendimiento del usuario de orden k en el intervalo de tiempo n. Supongamos que U(T) designa la función de utilidad asociada con el rendimiento T. El objetivo del planificador es hacer que sea máxima la función de utilidad total 9 en cada intervalo de tiempo n. Debe observarse que el planificador de equidad proporcional es un caso especial, en el que la función de utilidad es logarítmica.
Dado el anterior objetivo, el planificador TDM dinámico para máxima utilidad, funciona como sigue: en el intervalo de tiempo de orden (n+1), el planificador TDM toma un usuario con índice k, donde k hace máxima la expresión
10
donde \beta está relacionada inversamente con la duración del período en que se promedia el rendimiento T_{k}. En el caso especial de un planificador de equidad proporcional, el planificador toma el usuario con índice k, donde k hace máxima la expresión 11 Una vez que el planificador toma el usuario k al que prestar servicio durante el intervalo de tiempo de orden n, el rendimiento para todos los usuarios se actualiza empleando las ecuaciones:
12
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Codificación por superposición
La idea de la codificación por superposición que supone superponer información a alta velocidad sobre información a baja velocidad, fue expuesta primero por T. Cover, en Broadcast Channels, IEEE Transactions on Information Theory, vol. IT-18, núm. 1, de Enero de 1972.
Para un conjunto dado de SNR de canal de los N usuarios, puede utilizarse codificación por superposición para ampliar la región de velocidad asociada con la planificación TDM. Si los usuarios están indexados en el orden decreciente de su SNR, y si la estación base emplea una fracción de su potencia \alpha_{k} en los datos destinados al usuario de orden k, entonces el conjunto de velocidades de datos de usuario viene dado por
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En una realización, las anteriores velocidades de datos pueden conseguirse como sigue. La estación base codifica el paquete del usuario de orden k como el vocablo de código c_{k} a la velocidad de datos R_{k} dada en lo que antecede. La estación base transmite la señal 14 donde * designa la operación de cifrado con una secuencia pseudoaleatoria s_{k}. La operación de cifrado se realiza para garantizar que los vocablos de código de los diferentes usuarios aparecen en forma mutuamente aleatoria. En el receptor del usuario de orden k, se recibe la señal y=x+n_{k}, donde n_{k} representa el ruido aditivo del canal. El usuario de orden k descodifica, primero, el vocablo de código c_{N}, que experimenta una SINR 15 que se conserva porque se supone que \gamma_{k}\geq\gamma_{N}. Como la función de velocidad C(.) es monotónicamente creciente de la SNR, se deduce que 16 Dicho en otras palabras, la SNR del vocablo de código de orden N c_{N} en el receptor de orden k es lo bastante intensa para ser descodificada por el usuario de orden k. Una vez descodificado el vocablo de código de orden N, el usuario de orden k codifica de nuevo el paquete de usuario de orden N y cancela su contribución de la señal recibida, y descifra la señal recibida respecto a la secuencia de cifrado S_{N-1}. La señal resultante puede expresarse como sigue:
17
Entonces el vocablo de código de orden N-1 tiene una SINR 18
Basándose en la ecuación descrita en lo que antecede, se deduce que el vocablo de código de orden N-1 puede ser descodificado satisfactoriamente por el usuario de orden k, si k\leq(N-1). De forma similar, el usuario de orden k descodifica los paquetes c_{N}, c_{N-1},..., c_{k+1} y c_{k} a través de cancelaciones sucesivas y, eventualmente, recupera los datos que le estaban destinados.
La región de velocidad asociada con la codificación por superposición es significativamente mayor que la asociada con la planificación TDM, cuando el sistema tiene algunos usuarios con SNR muy altas, y algunos otros usuarios con SNR muy bajas. Si todos los usuarios tienen, aproximadamente, la misma SNR, entonces las dos regiones de velocidad son muy similares o casi idénticas.
Planificador con codificación por superposición
A diferencia del planificador TDM, que estaba limitado para prestar servicio a un usuario cada vez, un planificador que emplee técnicas de codificación por superposición (denominado, también, en esta memoria planificador con codificación por superposición), puede prestar servicio a más de un usuario a la vez o, desde luego, a todos los N usuarios al mismo tiempo. El planificador con codificación por superposición tiene que seleccionar una fracción de la potencia asignada a los diferentes usuarios en un momento dado. Haciendo que la fracción de la potencia asignada a determinados usuarios sea cero, puede prestar servicio a, solamente, un subgrupo de usuarios en un momento dado. Como se describe en este documento, el ancho de banda del sistema puede utilizarse mejor para que un planificador con codificación por superposición preste servicio a sólo dos usuarios en un momento dado, uno con una SNR de canal muy alta y el otro con una SNR de canal muy baja.
En cualquier caso, el planificador por superposición que trabaja en un canal que varía con el tiempo, puede seleccionar las fracciones de potencia {\alpha_{k}} que hagan máxima la función de utilidad incremental
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20
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21
sometido a las restricciones 22
En el caso especial de un planificador de equidad proporcional, la última expresión se reduce a
23
Como se ha hecho notar en lo que antecede, el planificador puede adoptar restricciones adicionales, tales como que, como máximo, dos (o, en general, como máximo M<N) de las fracciones de potencia \alpha_{i} sean distintas de cero.
En consecuencia, el rendimiento de usuario se actualiza empleando las ecuaciones
24
Si bien mediante la planificación y la codificación por superposición (SC) pueden conseguirse mejoras significativas del rendimiento del sistema, como se explica en lo que sigue, existen varias consideraciones prácticas que pueden limitar las ganancias de comportamiento experimentadas en un sistema real:
\bullet
Modelo de canal: los sistemas inalámbricos reales experimentan un desvanecimiento que varía con el tiempo, con frecuencia modelado como proceso Rayleigh o Ricean. En presencia de desvanecimiento, se pueden obtener ganancias de diversidad multiusuario planificando un usuario cuando su canal es fuerte. Para canales que ofrecen elevadas ganancias de diversidad multiusuario, la codificación por superposición puede no aportar mejoras significativas de comportamiento. Por tanto, debe esperarse ver mayores beneficios de SC en canales Ricean con elevador factor K, que en canales Rayleigh con desvanecimiento.
\bullet
Asimetría entre usuarios: como se ha explicado anteriormente, la planificación y la codificación por superposición pueden proporcionar una mejora significativa del comportamiento del sistema cuando los usuarios tienen canales muy asimétricos. En la práctica, el nivel de asimetría puede estar limitado por diversas restricciones prácticas del sistema. Por ejemplo, el extremo delantero del receptor puede imponer una SINR máxima (por ejemplo, 13 dB en un sistema tal como 1xEV-DO). Además, una SINR mínima requerida puede venir impuesta para la transmisión a la velocidad más baja posible (por ejemplo, -11,5 dB en un sistema 1xEV-DO). Por tanto, estas restricciones limitan la envergadura de la SINR de 2 usuarios cualesquiera. Además, existe un número finito de usuarios en cada sector, a todos los cuales ha de prestarse servicio por igual. Este factor puede limitar más la posible selección de pares de usuarios. En consecuencia, puede que no siempre sea posible planificar a 2 usuarios con condiciones de canal muy asimétricas.
\bullet
Cancelación de interferencia no ideal: se ha supuesto que la señal del usuario débil (por ejemplo, el usuario con SNR baja) podría eliminarse por completo de la señal recibida del usuario fuerte (por ejemplo, el usuario con SNR alta). Esto exige un conocimiento casi perfecto de la ganancia de desvanecimiento de canal del usuario fuerte y una descodificación casi perfecta del paquete del usuario débil. En la práctica, el coeficiente de desvanecimiento del canal es estimado, y el error de la estimación del canal añade un término de ruido que degrada la SINR del canal. Además, incluso suponiendo que puede realizarse una descodificación perfecta del paquete del usuario débil, un retardo de descodificación no despreciable puede producir pérdidas de ARQ híbridas para el usuario fuerte.
\bullet
Codificación: el resultado de AWGN utilizó la capacidad de canal Gaussiana para evaluar el comportamiento. En la práctica, el sistema tiene un conjunto finito de esquemas de modulación y de velocidades de codificación y, por tanto, existe menos libertad a la hora de elegir pares de velocidad y asignaciones de potencia.
Continuando con la presente descripción, la Figura 2 es un diagrama de bloques de un sistema de comunicaciones 200 en el que se incorporan las enseñanzas del presente invento. Como se muestra en la Figura 2, el sistema 200 incluye varios terminales de usuario (UT) 210 y estaciones base (BS) 220. Los terminales de usuario 210 se conocen también, en este documento, como estaciones de usuario, estaciones remotas, estaciones de abonado o terminales de acceso. Los terminales de usuario 210 pueden ser móviles (en cuyo caso, también se les puede denominar estaciones móviles) o estacionarios. En una realización, cada estación base 220 puede comunicar con uno o más terminales de usuario 210 por un enlace de comunicaciones denominado enlace directo. Cada terminal de usuario 210 puede comunicar con una o más estaciones base 220 por un enlace de comunicaciones denominado enlace inverso, dependiendo de si el terminal de usuario 210 respectivo está en transferencia suave. Como se muestra en la Figura 2, el sistema 200 incluye, además, un controlador 230 de estación base (BSC) para coordinar y controlar las comunicaciones de datos entre los terminales de usuario 210 y las estaciones base 220. Como se muestra en la Figura 2, el controlador 230 de estación base puede estar conectado a una red conmutada por circuitos (por ejemplo, PSTN) 290 a través de una central de móviles (MSC) 270 y/o una red 250 conmutada por paquetes (por ejemplo, una red IP) mediante un nodo 240 de servicio de datos en paquetes (denominado también, en este documento, interconexión de red de paquetes). Como se describe en esta memoria, en una realización, cada estación base 220 puede incluir un planificador (no mostrado) para coordinar y planificar transmisiones de datos desde la respectiva estación base 220 a los diversos terminales de usuario 210 a los que presta servicio la respectiva estación base 220. En otra realización, el planificador puede estar incorporado en el BSC 230 para coordinar y planificar transmisiones de datos para todas las estaciones base 220 que estén conectadas al BSC 230. En otras palabras, la situación del planificador puede seleccionarse dependiendo de si se desea un tratamiento de planificación centralizado o distribuido.
La Fig. 3 es un diagrama que ilustra una estructura del enlace directo 300, de acuerdo con una realización del presente invento. Como se muestra en la Figura 3, el enlace directo 300 incluye el canal piloto 310, el canal 320 de control de acceso al medio (MAC), el canal 330 de control, y el canal de tráfico 340. El canal MAC 320 incluye tres subcanales: canal 322 de actividad inversa (RA), canal 324 de reloj de DRC y canal 324 de control de potencia inverso (RPC).
La Fig. 4 es un diagrama que ilustra una estructura de un enlace inverso, de acuerdo con una realización del presente invento. Como se muestra en la Figura 4, el enlace inverso 400 incluye el canal de acceso 410 y el canal de tráfico 420. El canal de acceso 410 incluye un canal piloto 412 y un canal de datos 414. El canal de tráfico 420 incluye un canal piloto 430, un canal 440 de control de acceso al medio (MAC), el canal 450 de acuse de recibo (ACK) y el canal de datos 460. El canal MAC 440, en una realización, incluye un canal indicador de velocidad inversa (RRI) 442 y un canal 444 de control de velocidad de datos (DRC).
La Fig. 5 es un diagrama de bloques que muestra una configuración de control de velocidad incorporada en el sistema mostrado en la Fig. 1, de acuerdo con una realización del invento. El control de velocidad puede denominarse, también, en esta memoria, adaptación de enlace. Básicamente, el control de velocidad o adaptación de enlace se refiere al proceso de asignación o cambio de la velocidad de transmisión en respuesta a variaciones de canal (por ejemplo, cambios de calidad de la señal recibida en el terminal de usuario). En una configuración del sistema como se muestra en la Figura 2, las estaciones base o sectores transmiten señales piloto por el canal piloto del enlace directo. Los terminales de usuario miden la SINR de las señales piloto recibidas de las estaciones base y predicen la SINR del siguiente paquete basándose en la SINR medida. Los terminales de usuario solicitan, entonces la máxima velocidad de transmisión que pueden descodificar basándose en la SINR predicha para un comportamiento de error dado (por ejemplo, una tasa de errores de paquete (PER)). Las peticiones de velocidad corresponden, por tanto, al nivel de calidad de la señal de los datos recibidos en los terminales de usuario. Las peticiones de velocidad son enviadas por el canal DRC del enlace inverso a las respectivas estaciones base. Como se describe en este documento, las peticiones de velocidad o información DRC son utilizadas por el planificador de acuerdo con una realización del invento para llevar a cabo las funciones de planificación (por ejemplo, seleccionando los terminales de usuario apropiados para recibir la transmisión de datos desde la estación base en un momento dado).
Como se muestra en la Fig. 5, el esquema de control de velocidad o adaptación de enlace empleado de acuerdo con una realización del presente invento, incluye un circuito interior y un circuito exterior. Las señales piloto transmitidas desde la estación base o el sector servidor 510 son recibidas en el terminal de usuario. La unidad 520 predictora de canal mide la SINR piloto recibida y predice la SINR para el siguiente paquete. La predicción de la SINR es proporcionada a la unidad 550 de selección de velocidad que elige la máxima velocidad de datos (DRC) sometida a un umbral PER. En una realización, cuando la estación base decide prestar servicio a un terminal de usuario particular con datos de tráfico, la estación base transmite datos al terminal de usuario a la velocidad indicada por la DRC recibida más recientemente del terminal. El circuito exterior ajusta los umbrales de la SINR de las velocidades de datos basándose en la tasa de errores de los paquetes de capas físicas del canal de tráfico directo. Como se muestra en la Figura 5, la unidad 540 de tratamiento de paquetes proporciona estadísticas de errores (por ejemplo, estadísticas de CRC) a la unidad 530 de ajuste de umbral de SINR, que regula los umbrales de la SINR basándose en las estadísticas de errores y proporciona la información de umbral de SINR a la unidad 500 de selección de velocidad. Un experto en la técnica debe comprender que el esquema de control de velocidad ilustrado en la Figura 5 es, simplemente, un ejemplo de los diversos esquemas de control de velocidad que pueden incorporarse en la práctica. Similarmente, el uso del canal DRC para transmitir una medición de la SINR de canal es, simplemente, un ejemplo de los diversos modos de proporcionar mediciones de calidad de la señal desde los terminales de usuario a la estación base servidora. Por ejemplo, en diversas realizaciones, las mediciones de calidad de la señal correspondientes a las condiciones de canal (por ejemplo, la SINR del canal) pueden cuantificarse y proporcionarse a las estaciones base en un canal diferente. La Tabla 1 muestra una correlación ilustrativa entre los diversos índices de DRC, las SINR y velocidades de transmisión para conseguir una determinada tasa de errores de paquetes (por ejemplo, una tasa de errores de paquetes del 1%).
TABLA 1
25
La Fig. 6 muestra un diagrama de bloques de un planificador 600 de acuerdo con una realización del presente invento. Como se ha mencionado en lo que antecede, el planificador puede estar situado en la estación base o en el controlador de estaciones base, dependiendo de las incorporaciones prácticas particulares y de las aplicaciones del presente invento. Como se muestra en la Figura 6, el planificador 600 está configurado para recibir información de calidad de señal (por ejemplo, mensajes DRC) procedentes de los diversos terminales de usuario. En una realización, el planificador también recibe otros tipos de información, tal como información de colas e información de calidad de servicio (QoS), asociadas con los diversos terminales de usuario a los que están prestando servicio la o las respectivas estaciones base. Por ejemplo, la información de colas asociada con los diversos terminales de usuario puede indicar la cantidad de datos que esperan a ser transmitidos desde la estación base a los respectivos terminales de usuario. La información de QoS puede utilizarse para indicar diversos requerimientos de QoS asociados con los terminales de usuario. Por ejemplo, puede utilizarse la información de QoS para indicar el nivel de servicio con el que está asociado un terminal de usuario respectivo con requisitos de latencia, prioridad de transmisión, etc. Un ejemplo de una tabla 700 que contiene los diversos criterios de selección/planificación que pueden ser utilizados por el planificador 600 al realizar sus correspondientes funciones de planificación, se muestra en la Figura 7, de acuerdo con una realización del presente invento. Como se muestra en la Figura 7, cada entrada en la tabla 700 puede incluir un identificador de terminal de usuario y el indicador de calidad de señal asociado (por ejemplo, el índice DRC). La tabla 700 puede incluir, además, otros tipos de información asociada con los terminales de usuario, tales como información de colas e información de QoS, que también puede ser utilizada por el planificador para llevar a cabo las funciones de planificación.
En una realización, los diversos tipos de información proporcionados al planificador 600 pueden ser utilizados por el planificador 600 como criterios 610 de selección/planificación para elegir los terminales de usuario para recibir transmisiones de datos desde la o las estaciones base servidoras. Como se muestra en la Figura 6, los diversos criterios 610 de selección/planificación se introducen en la unidad 620 de selección/planificación para elegir los terminales de usuario particulares para recibir transmisión de datos desde la o las estaciones base servidoras en un momento dado. Los diversos métodos y algoritmos de planificación empleados en diversas realizaciones del presente invento, se describen con detalle en lo que sigue.
En una realización, para llevar a la práctica la planificación y la codificación por superoposición en un sistema multiusuario tal como el sistema mostrado en la Figura 2 anterior, el planificador 600, para cada intervalo o "ranura" de tiempo, selecciona dos usuarios para recibir transmisiones de datos desde la estación base y la correspondiente asignación de potencia \alpha. En una realización, la selección de usuarios y la asignación de potencia se realizan de tal manera que se haga máxima una métrica de comportamiento dada. Por ejemplo, el planificador de equidad proporcional utilizado en un sistema tal como 1xEV-DO, intenta hacer que sea máximo el producto de los rendimientos de los usuarios, calculándose los rendimientos en un intervalo de tiempo dado. En el presente ejemplo, supongamos que
\bullet K = número de usuarios
\bullet t_{c} = constante de tiempo del planificador
\bullet\gamma_{i}(t) = SNR del usuario i
\bullet R_{i}(t) = velocidad de datos para el usuario i en el instante t
\bullet T_{i}(t) = rendimiento medio del usuario i en el instante t
\bullet T_{i}(t+1) = 26
\bullet\alpha_{i}(t)\in[0,1] = fracción de potencia asignada al usuario i en el instante t
\bullet f_{i}(t)=1 (usuario I seleccionado como usuario fuerte - usuario con SNR alta), siendo 1(.) la función indicadora
\bullet g_{i}(t)=1 (usuario I seleccionado como usuario débil - usuario con SNR baja)
\bullet C(SNR) = capacidad en función de SNR
\bullet R_{i}(t) = [f_{i}(t)+g_{i}(t)]C27
\vskip1.000000\baselineskip
En una realización, el problema de planificación que optimiza la métrica equidad proporcional, puede formularse como sigue:
Hacer máximo el valor de 28
donde las variables de optimización son 29 y están sometidas a la limitación de no ser cero para, como máximo, 2 usuarios.
\vskip1.000000\baselineskip
La solución de este problema de optimización requiere el cálculo de la asignación óptima de potencia para cada uno de los posibles 30 pares de usuarios y, luego, la comparación de las métricas correspondientes. Si bien es posible resolver este problema en forma óptima, pueden utilizarse diversos algoritmos heurísticos alternativos, como se describe en lo que sigue, que tienen una complejidad de cálculo mucho menor.
En la presente exposición, el problema de seleccionar la asignación de potencia óptima se considera para un par de usuarios dado, cuyos WLOG, 1 y 2 [¿qué es WLOG?] con \gamma_{1} \geq \gamma_{2}. Se supone que la función capacidad tiene la forma
C(SNR) = log(1+SNR/G),
donde G \geq 1 es una constante que tiene en cuenta las pérdidas de un esquema de codificación práctico. Suponiendo que \alpha_{1}=\alpha y que \alpha_{2}=(1-\alpha), las respectivas velocidades de datos se consiguen como sigue:
32
\vskip1.000000\baselineskip
33
En consecuencia, la función cuyo valor ha de hacerse máximo es como sigue:
f(\alpha)=log(T_{1}+R_{1}(\alpha)\Deltat)+log(T_{2}+R_{2}(\alpha)\Deltat),
\newpage
donde \Deltat = 1/(t_{c}-1). Suponiendo que t_{c}>>1, f(\alpha) puede aproximarse como sigue:
35
que puede hacerse igual a cero y resolverse para \alpha. La expresión cuadrática resultante \alpha\alpha^{2} + b\alpha + c = 0 tiene los siguientes coeficientes:
36
\vskip1.000000\baselineskip
37
\vskip1.000000\baselineskip
38
y puede resolverse para obtener 2 valores de \alpha. Estos 2 valores, junto con 0 y 1, se comprueban en busca del carácter óptimo de la función objetivo f(\alpha). Debe observarse que \alpha\in[0,1], de modo que se descarta cualquier valor que caiga fuera del intervalo.
Continuando con la presente exposición, pueden utilizarse los siguientes algoritmos heurísticos para resolver el anterior problema de optimización en forma aproximada:
Algoritmo heurístico 1
En una realización del invento, puede utilizarse el siguiente método o el siguiente algoritmo para seleccionar usuarios y planificar transmisiones de datos para optimizar una métrica de comportamiento dada (por ejemplo, una métrica de equidad proporcional):
\bullet
Fijar un umbral \theta que se utiliza para separar usuarios fuertes (por ejemplo, usuarios con SNR alta) y usuarios débiles (por ejemplo, un usuario con SNR baja). Por ejemplo, \theta puede seleccionarse en el margen de 0 a 10 dB.
\bullet
En cada momento t separar los K usuarios en 2 grupos comparando su \gamma_{i}(t) corriente con el umbral \theta.
\bullet
Seleccionar un usuario de cada grupo utilizando un algoritmo de selección establecido (por ejemplo, el algoritmo de equidad proporcional estándar).
\bullet
Elegir la asignación de potencia \alpha entre los dos usuarios seleccionados, como se ha descrito en lo que antecede. El algoritmo/método anteriormente descrito se utiliza para planificar en cada intervalo t 2 usuarios con condiciones de canal asimétricas con el fin de hacer máxima la mejora del rendimiento conseguida merced a la codificación por superposición (SC). Al mismo tiempo, este algoritmo es imparcial en el sentido de equidad proporcional al elegir el usuario de cada grupo empleando el algoritmo de equidad proporcional, y eligiendo la asignación de potencia \alpha que haga máxima la métrica de equidad proporcional.
Algoritmo heurístico 2
En otra realización del invento, puede utilizarse el siguiente algoritmo/método para seleccionar usuarios y planificar transmisiones de datos a fin de optimizar una métrica de comportamiento dada (por ejemplo, métrica de equidad proporcional):
\bullet
Seleccionar un usuario de los K usuarios empleando el algoritmo de equidad proporcional.
\bullet
Considerar secuencialmente un segundo usuario de los restantes K-1 usuarios y calcular la asignación de potencia óptima, \alpha, como se ha descrito en lo que antecede.
\bullet
Seleccionar un segundo usuario para hacer máximo el valor de f(\alpha) como se ha definido anteriormente.
Como puede verse a partir de la anterior descripción, este algoritmo selecciona el primer usuario de manera imparcial (en un sentido de equidad proporcional) y, luego, basándose en esta primera elección, elige al segundo usuario óptimamente de acuerdo con la métrica de equidad proporcional.
\vskip1.000000\baselineskip
Algoritmo heurístico 3
En todavía otra realización del invento, puede utilizarse el siguiente algoritmo o método para seleccionar usuarios y planificar transmisiones de datos a fin de optimizar una métrica de comportamiento dada (por ejemplo, la métrica de equidad proporcional):
\bullet
Seleccionar un usuario (primer usuario) de entre los K usuarios que utilizan el algoritmo de equidad proporcional.
\bullet
Seleccionar un segundo usuario de entre los restantes K-1 usuarios para hacer que la métrica R_{i}/<R_{i}> adopte un valor máximo, donde <R_{i}> es una velocidad media calculada utilizando un filtro de IIR de orden 1 con una constante de tiempo t_{c}.
\bullet
Seleccionar la asignación de potencia, \alpha, como se ha descrito anteriormente.
En este caso, la elección del primer usuario hace máxima la imparcialidad mientras que la elección del segundo usuario se lleva a cabo para explotar la ganancia de diversidad multiusuario seleccionando un usuario con una buena condición de canal. La imparcialidad se consigue, de nuevo, eligiendo la asignación de potencia para hacer que sea máxima la métrica de equidad proporcional.
La Figura 8 es un diagrama que ilustra un esquema de transmisión por el enlace directo de acuerdo con una realización del presente invento. En contraste con la planificación en TDM usual y el esquema de transmisión antes mencionado (por ejemplo, la planificación en TDM y la transmisión por enlace directo en el sistema IS-856 corriente), un sistema de acuerdo con una realización del invento puede planificar la transmisión de datos para múltiples (por ejemplo, dos) usuarios en un momento dado para mejorar el rendimiento y el comportamiento del sistema. Como se muestra en la Figura 8, para un intervalo de tiempo dado, el sistema selecciona y planifica la transmisión de datos para dos usuarios como se ha descrito en lo que antecede. En lugar de desperdiciar una cantidad significativa de ancho de banda para prestar servicio a un usuario en un instante, especialmente aquéllos usuarios con SINR baja, el sistema en varias realizaciones del invento, selecciona y planifica a múltiples usuarios (por ejemplo, dos) para transmisión de datos, a fin de optimizar una métrica de comportamiento dada (por ejemplo, la métrica de equidad proporcional). Por ejemplo, eligiendo dos usuarios, uno con una SINR muy alta y otro con una SINR baja, y transmitiendo a estos dos usuarios simultáneamente, la estación base evita tener que dividir su ancho de banda entre ambos usuarios. Así, los recursos de la estación base se utilizan en forma más completa y el rendimiento del sistema resulta mejorado en forma significativa. Refiriéndonos de nuevo al ejemplo ilustrado en la Figura 8, en el que se seleccionan dos usuarios en un intervalo de tiempo dado, al usuario 1 y al usuario 9 se les presta servicio durante el intervalo de tiempo T1, al usuario 2 y al usuario 11 se les presta servicio durante el intervalo de tiempo T2, y así sucesivamente.
En una realización, como se describe en este documento, una vez que el planificador ha seleccionado múltiples usuarios (por ejemplo, dos) para recibir transmisiones de datos desde la estación base, se construye un paquete multiusuario que lleva datos de capa superior para los usuarios múltiples. En una realización, el paquete multiusuario (denominado primer paquete en este ejemplo) contiene datos de aplicaciones para uno de los usuarios (por ejemplo, el usuario con SINR baja) e información de control (datos de señalización) para los otros usuarios (usuarios con una SINR más alta). Otro paquete (denominado, en este ejemplo, segundo paquete) se superpone entonces sobre el paquete multiusuario. El segundo paquete contiene los datos de aplicaciones para el usuario que tiene la SINR. En una realización, el segundo paquete se codifica de forma que se comporte como interferencia aleatoria con respecto al paquete multiusuario.
La Fig. 9 muestra un ejemplo de un paquete multiusuario de acuerdo con una realización del presente invento. Diversos formatos de paquetes multiusuario se describen en la solicitud de patente norteamericana número de serie 10/368.887, cedida en común, titulada "Longitudes de paquete variables para comunicaciones con alta velocidad de transmisión de datos en paquetes", presentada el 3 de Febrero de 2003. Como se muestra en la Figura 9, el paquete multiusuario 910 es un único paquete de capas físicas que contiene cargas útiles de capa superior dirigidas a múltiples usuarios. En este ejemplo, el paquete multiusuario 910 contiene un paquete de capa MAC multiplexado, un campo de formato (FMT), CRC y bits de cola. En una realización, el valor de FMT (por ejemplo, "00") es utilizado para indicar que el paquete de capas físicas (PL) es un paquete multiplexado. El paquete de capa MAC está formado por dos paquetes de capa de seguridad (SL) y un CRC interno. Cada paquete SL tiene un valor de ID MAC correspondiente (por ejemplo, 5 para el paquete SL 1 y 7 para el paquete SL 2) Cada paquete SL lleva adjunto un campo de identificación de paquete secundario (SPID) y un campo indicador de longitud (LEN). Un experto en la técnica debe comprender que este es, únicamente, un ejemplo de los diversos formatos que pueden utilizarse para construir un paquete multiusuario y que las enseñanzas del presente invento no deben limitarse a ningún formato particular ni a medios utilizados en la construcción de un paquete multiusuario que contenga cargas útiles superiores dirigidas a distinto
usuarios.
La Fig. 10 muestra un ejemplo de un paquete multiusuario sobre el que se ha superpuesto otro paquete. Como se muestra en la Figura 10, el paquete multiusuario, en este caso, es un único paquete de capas físicas que contiene cargas útiles superiores para dos usuarios (por ejemplo, el usuario 1 con SINR alta y el usuario 2 con SINR baja). En este ejemplo, el paquete multiusuario (denominado, también, primer paquete en este ejemplo) contiene datos de aplicaciones para el usuario 2 y datos de señalización para el usuario 1. En una realización, los datos de señalización o la información de control dirigidos al usuario 1 pueden contener parámetros de codificación, modulación y cifrado, etc., asociados con otro paquete de capas físicas (denominado, también, segundo paquete en este ejemplo) superpuesto al paquete multiusuario y transmitido simultáneamente con el paquete multiusuario. El paquete multiusuario se construye y se envía a una velocidad de transmisión de datos lo bastante baja para que ambos usuarios puedan desmodularlo, Al recibirse los datos de señalización integrados en el paquete multiusuario, el usuario con SINR alta resta la contribución del paquete multiusuario de la señal recibida y utiliza la señal resultante para extraer el segundo paquete, cuyos parámetros de codificación fueron especificados por los datos de señalización. Así, el usuario con SINR baja es servido por la masa del paquete multiusuario, mientras que el usuario con SINR alta es servido por el segundo paquete superpuesto al paquete multiusuario.
La Fig. 11 es un diagrama de proceso de un método para la transmisión de datos en un sistema de comunicaciones inalámbricas de acuerdo con una realización del presente invento. Como se expone en la Figura 2 anterior, el sistema de comunicaciones, en este ejemplo, puede incluir una o más estaciones base. Cada estación base puede servir a varias estaciones de usuario. En el bloque 110 las indicaciones de calidad de señal son recibidas desde una o más estaciones de usuario a las que presta servicio una primera estación base. Como se ha mencionado en lo que antecede, cada estación de usuario puede medir la calidad de las señales recibidas desde la primera estación base y transmitir una petición para una velocidad de transmisión particular (por ejemplo, un mensaje DRC) basándose en la calidad de señal medida para la primera estación base. De nuevo, en otras realizaciones, las estaciones de usuario pueden comunicar las mediciones de calidad de la señal a la estación base en otros formatos (por ejemplo, valores SINR cuantificados, etc.). En una realización, las indicaciones de calidad de señal (por ejemplo, mensajes DRC) recibidas de las estaciones de usuario, son empleadas por un planificador/controlador para seleccionar múltiples estaciones (por ejemplo, una primera estación de usuario y una segunda estación de usuario) para recibir transmisiones de datos desde la primera estación base (en el bloque 1120). Como se ha mencionado en lo que antecede, pueden utilizarse diversos algoritmos o métodos para seleccionar las múltiples estaciones de usuario (por ejemplo, dos) con el fin de optimizar una métrica de comportamiento dada (por ejemplo, la métrica de equidad proporcional). En una realización, una de las dos estaciones de usuario elegidas (por ejemplo, la primera estación de usuario) tiene una calidad de señal relativamente elevada y la otra estación de usuario (por ejemplo, la segunda estación de usuario) tiene una calidad de señal relativamente baja. Nuevamente, en varias realizaciones del presente invento, también pueden tenerse en cuenta otros tipos de información al seleccionar las estaciones de usuario. Tal información puede incluir, por ejemplo, información de colas e información de calidad de servicio (QoS). En el bloque 1130, se construye un paquete multiusuario (denominado primer paquete en este ejemplo), el cual contiene información de control o datos de señalización para la primera estación de usuario y datos de aplicaciones para la segunda estación de usuario. En el bloque 1140, un segundo paquete que contiene datos de aplicaciones para la primera estación de usuario es superpuesto sobre el primer paquete. En el bloque 1150, los paquetes primero y segundo son transmitidos simultáneamente desde la primera estación base a las estaciones de usuario primera y segunda.
La Fig. 12 es un diagrama de proceso de un método para el tratamiento de datos en un sistema de comunicaciones inalámbricas, de acuerdo con una realización del presente invento. En el bloque 1210, los paquetes primero y segundo, transmitidos desde una primera estación base, son recibidos en una primera estación de usuario. El primer paquete es un paquete multiusuario que contiene datos de señalización para la primera estación de usuario y datos de aplicaciones para una segunda estación de usuario. El segundo paquete contiene datos de aplicaciones para la primera estación de usuario y está superpuesto sobre el primer paquete. En una realización, los datos de señalización del primer paquete indican los parámetros de codificación, modulación y/o cifrado del segundo paquete. En el bloque 1220, los datos de señalización para la primera estación de usuario son recuperados del primer paquete. En una realización, al recibirse los datos de señalización integrados en el paquete multiusuario, la primera estación de usuario resta la contribución del paquete multiusuario de la señal recibida. En el bloque 1230, la primera estación de usuario utiliza los datos de señalización recuperados del primer paquete para extraer el segundo paquete.
Nuevamente, un experto en la técnica debe comprender y apreciar que las enseñanzas del presente invento pueden aplicarse a casos en los que se seleccionen más usuarios para recibir la transmisión de datos desde la estación base en un intervalo de tiempo dado. En el caso general, el paquete multiusuario es enviado a la velocidad de transmisión de datos indicada por el preámbulo del paquete, y es descodificado por todos los usuarios cuya SNR sea suficiente para descodificar el paquete. Tras descodificarlo satisfactoriamente, los usuarios llevan a cabo un análisis sintáctico de los datos de capas físicas para extraer cualquier carga útil de capa superior que pueda estar dirigida a ellos, y descartan el resto del paquete de capas físicas.
Por ejemplo, supongamos que 1, 2, ..., K designan los usuarios que son planificados corrientemente por la planificación con codificación por superposición en orden decreciente de SNR de canal. En una realización, el vocablo de código c_{K} que es significativo para el usuario con la SNR más baja, se utiliza para codificar un paquete multiusuario. En este ejemplo, el paquete multiusuario es utilizado para llevar datos de aplicaciones para el usuario de orden K, así como información de control para otros usuarios a los que se está prestando servicio simultáneamente, mediante codificación por superposición. Como se ha mencionado anteriormente, la información de control puede utilizarse para especificar la identidad de los otros usuarios a los que se está prestando servicio, así como los parámetros de codificación, modulación y cifrado asociados con los otros vocablos de código que están siendo superpuestos con el vocablo de código c_{K}. Una vez que los usuarios con una SNR de canal mejor que la del usuario con la SNR más baja descodifican el vocablo de código c_{K}, la información de control contenida en el paquete hace posible que los otros usuarios planificados descodifiquen los paquetes restantes superpuestos y cancelen la interferencia, en forma sucesiva, hasta que descodifiquen el paquete que contiene datos de aplicaciones significativos para ellos.
Así, en varias realizaciones del invento como se describe en el ejemplo anterior, pueden superponerse múltiples paquetes (por ejemplo, M paquetes). En una realización, el paquete de nivel más bajo puede contener información de control/señalización acerca de todos los paquetes de nivel superior. En este caso, solamente el paquete de nivel más bajo tiene que ser un paquete multiusuario. Los otros paquetes pueden ser paquetes monousuario o paquetes multiusuario, dependiendo de las diversas aplicaciones y ejecuciones prácticas del invento. Una vez que se han recibido los M paquetes superpuestos, pueden ser descodificados como se ha descrito en lo que antecede por los respectivos usuarios para extraer la información de aplicación a ellos destinada.
Alternativamente, en otra realización, los paquetes múltiples pueden superponerse como sigue. Un paquete en cada nivel puede contener información de control/señalización (por ejemplo, codificación, modulación, longitud de bloque, etc.) acerca del paquete del siguiente nivel superior. En esta realización, los paquetes de nivel inferior son paquetes multiusuario, mientras que el paquete del nivel superior puede ser, o no, un paquete multiusuario. Como ejemplo, el paquete de nivel más alto puede contener datos de aplicaciones para múltiples usuarios, con SNR elevada.
Los expertos en la técnica comprenderán que la información y las señales pueden representarse utilizando una variedad de diferentes tecnologías y técnicas. Por ejemplo, los datos, instrucciones, órdenes, información, señales, bits, símbolos y chips a los que puede haberse hecho referencia en toda la anterior descripción, pueden representarse mediante voltajes, intensidades, ondas electromagnéticas, campos magnéticos o partículas, campos ópticos o partículas, o cualquier combinación de los mismos.
Los expertos apreciarán, además, que las diversos bloques lógicos, módulos, circuitos y operaciones de algoritmos, ilustrativos, descritos en relación con las realizaciones expuestas en este documento, pueden incorporarse en la práctica como hardware electrónico, software de ordenadores, o combinaciones de ambos. Para ilustrar claramente esta intercambiabilidad de hardware y software, en lo que antecede se han descrito generalmente, en términos de funcionalidad, diversos componentes, bloques, módulos, circuitos y operaciones ilustrativos. El que tal funcionalidad se incorpore en la práctica como hardware o como software, depende de la aplicación particular y de las restricciones de diseño impuestas sobre todo el sistema. Los técnicos expertos pueden conseguir en la práctica la funcionalidad descrita de diversas formas para cada aplicación particular, pero tales decisiones sobre su ejecución práctica no deben considerarse como causantes de una desviación respecto del alcance del presente invento.
Los diversos bloques lógicos, módulos y circuitos ilustrativos descritos en relación con las realizaciones expuestas en este documento, pueden llevarse a la práctica o incorporarse con un procesador para fines generales, un procesador de señales digitales (DSP), un circuito integrado específico para aplicaciones (ASIC), una agrupación de puertas lógicas programables en el campo (FPGA) u otro dispositivo lógico programable, puerta lógica o transistor lógico discretos, componentes discretos de hardware, o cualquier combinación de los mismos diseñada para ejecutar las funciones descritas en este documento. Un procesador para fines generales puede ser un microprocesador pero, como alternativa, el procesador puede ser cualquier procesador, controlador, microcontrolador o máquina de estado usual. Un procesador también puede incorporarse en la práctica como una combinación de dispositivos de computación, por ejemplo, una combinación de un DSP y un microprocesador, una pluralidad de microprocesadores, uno o más microprocesadores en conjunto con un núcleo de DSP, o cualesquiera otras de tales configuraciones.
Las operaciones de un método o algoritmo descrito en relación con las realizaciones expuestas en este documento, pueden incorporarse directamente en hardware, en un módulo de software ejecutado por un procesador, o en una combinación de ambos. Un módulo de software puede residir en una memoria RAM, una memoria relámpago, una memoria ROM, una memoria EPROM, una memoria EEPROM, registradores, un disco duro, un disco removible, un CD-ROM o cualquier otra forma de medio de almacenamiento conocida en la técnica. Un medio de almacenamiento ilustrativo se acopla al procesador de tal forma que éste pueda leer información del medio de almacenamiento y grabar información en él. Como alternativa, el medio de almacenamiento puede ser enterizo con el procesador. El procesador y el medio de almacenamiento pueden residir en un ASIC. El ASIC puede residir en un terminal de usuario. Como alternativa, el procesador y el medio de almacenamiento pueden residir en componentes discretos en un terminal de usuario.

Claims (50)

1. Un método de tratamiento de datos en un sistema de comunicaciones (200), que comprende:
recibir indicaciones de calidad de señal asociadas con una pluralidad de estaciones de usuario (210);
seleccionar una primera estación de usuario (210) y una segunda estación de usuario (210) para recibir datos de una estación base (220), basándose en las indicaciones de calidad de señal;
construir un primer paquete que contenga datos de señalización para la primera estación de usuario (210) y datos de aplicaciones para la segunda estación de usuario (210);
superponer, mediante codificación por superposición, un segundo paquete sobre el primer paquete, conteniendo el segundo paquete datos de aplicaciones para la primera estación de usuario (210); y
transmitir simultáneamente el primero y el segundo paquetes desde la estación base (220) a las estaciones de usuario primera y segunda (210).
2. El método de la reivindicación 1, que comprende además:
recibir el primero y el segundo paquetes en la primera estación de usuario (210);
recuperar, del primer paquete, datos de señalización para la primera estación de usuario (210); y
extraer, del segundo paquete, datos de aplicaciones para la primera estación de usuario (210), utilizando para ello los datos de señalización recuperados del primer paquete.
3. El método de la reivindicación 2, en el que los datos de señalización contienen parámetros de tratamiento de la información utilizados por la primera estación de usuario (210) a fin de tratar los datos de aplicaciones del segundo paquete.
4. El método de la reivindicación 3, en el que los parámetros de tratamiento de la información incluyen parámetros de codificación y de modulación.
5. El método de la reivindicación 1, en el que la indicación de calidad de señal asociada con cada estación de usuario (210) corresponde a una relación entre señal y ruido más interferencia (SINR).
6. El método de la reivindicación 1, que comprende además:
medir, en cada una de la pluralidad de estaciones de usuario (210), la calidad de las señales recibidas de la estación base (220); y
comunicar, a la estación base (220), información representativa de la calidad medida.
7. El método de la reivindicación 6, en el que la comunicación comprende:
determinar una velocidad de transmisión de datos deseada, soportable por la respectiva estación de usuario (210), basándose en la calidad medida; y
enviar un mensaje indicando la velocidad de transmisión de datos deseada, desde la respectiva estación de usuario (210) a la estación base (220).
8. El método de la reivindicación 7, en el que la indicación de calidad de señal asociada con cada estación de usuario (210) corresponde a la velocidad de transmisión de datos deseada, solicitada por la respectiva estación de usuario (210).
9. El método de la reivindicación 1, en el que se utiliza una tabla para mantener un seguimiento de las indicaciones de calidad de señal asociadas con la pluralidad de estaciones de usuario (210).
10. El método de la reivindicación 8, en el que la primera estación de usuario (210) tiene una velocidad de transmisión de datos deseada relativamente más alta, en comparación con la segunda estación de usuario (210).
11. Un aparato para el tratamiento de información, que comprende:
un receptor (230), destinado a recibir indicaciones de calidad de señal asociadas con una pluralidad de estaciones de usuario (210);
un controlador (230), destinado a seleccionar, de entre la pluralidad de estaciones de usuario (210), una primera estación de usuario (210) y una segunda estación de usuario (210) para recibir datos de una estación base (220), basándose en las indicaciones de calidad de señal; y
un transmisor destinado a transmitir un primer paquete y un segundo paquete superpuestos utilizando codificación por superposición, a la primera y a la segunda estaciones de usuario (210), conteniendo el primer paquete datos de señalización para la primera estación de usuario (210) y datos de aplicaciones para la segunda estación de usuario (210), conteniendo el segundo paquete datos de aplicaciones para la primera estación de usuario (210).
12. El aparato de la reivindicación 11, en el que la primera estación de usuario (210) está destinada, al recibir el primero y el segundo paquetes, a recuperar los correspondientes datos de señalización del primer paquete y a extraer datos de aplicaciones del segundo paquete, utilizando para ello los datos de señalización recuperados del primer paquete.
13. El aparato de la reivindicación 12, en el que los datos de señalización contienen parámetros de tratamiento de la información utilizados por la primera estación de usuario (210) para tratar datos de aplicaciones del segundo paquete.
14. El aparato de la reivindicación 13, en el que los parámetros de tratamiento de la información incluyen parámetros de codificación y de modulación.
15. El aparato de la reivindicación 11, en el que la calidad de señal asociada con cada estación de usuario (210), corresponde a una relación entre señal y ruido más interferencia (SINR).
16. El aparato de la reivindicación 11, en el que la calidad de señal asociada con cada estación de usuario (210) se mide basándose en una señal piloto recibida de la estación base (220).
17. El aparato de la reivindicación 11, en el que cada estación de usuario (210) está destinada, basándose en la calidad de señal medida en la respectiva estación de usuario (210), a comunicar a la estación base (220) una velocidad de transmisión de datos deseada para transmitir datos desde la estación base (220) a la respectiva estación de usuario (210).
18. El aparato de la reivindicación 11, en el que se utiliza una tabla para mantener el seguimiento de las indicaciones de calidad de señal asociadas con la pluralidad de estaciones de usuario (210).
19. El aparato de la reivindicación 17, en el que la calidad de señal asociada con cada estación de usuario (210) corresponde a la velocidad de transmisión de datos deseada para transmitir datos, solicitada por la respectiva estación de usuario (210).
20. El aparato de la reivindicación 19, en el que la primera estación de usuario (210) tiene una velocidad de transmisión de datos deseada relativamente más alta, en comparación con la segunda estación de usuario (210).
21. El aparato para tratamiento de información de la reivindicación 11, en el que dicha información está constituida por datos en un sistema de comunicaciones (200), que comprende, además:
medios para construir un primer paquete que contenga datos de señalización para la primera estación de usuario (210) y datos de aplicaciones para la segunda estación de usuario (210);
medios para superponer un segundo paquete sobre el primer paquete, conteniendo el segundo paquete datos de aplicaciones para la primera estación de usuario (210).
22. El aparato de la reivindicación 21, que comprende, además:
medios para recibir el primero y el segundo paquetes en la primera estación de usuario (210);
medios para recuperar, del primer paquete, datos de señalización para la primera estación de usuario (210); y
medios para extraer, del segundo paquete, datos de aplicaciones para el primer usuario, utilizando los datos de señalización recuperados del primer paquete.
23. El aparato de la reivindicación 21, en el que la indicación de calidad de señal asociada con cada estación de usuario (210) es comunicada a la estación base (220) como velocidad de transmisión de datos deseada para transmitir datos desde la estación base (220) a la respectiva estación de usuario (210).
24. El aparato de la reivindicación 23, en el que se utiliza una tabla para mantener el seguimiento de las velocidades de transmisión de datos deseadas, solicitadas por la pluralidad de estaciones de usuario (210).
\newpage
25. Un sistema de comunicaciones (200), que comprende:
una estación base (220);
una pluralidad de estaciones de usuario (210) destinadas a comunicar con la estación base (220) por un enlace de comunicaciones,
en el que la estación base (220) está destinada a seleccionar, de entre la pluralidad de estaciones de usuario (210), al menos dos estaciones de usuario (210) que incluyen una primera estación de usuario (210) y una segunda estación de usuario (210), para recibir datos desde la estación base (220), basándose en las velocidades de transmisión de datos para transmitir datos soportables por cada una de la pluralidad de estaciones de usuario (210), y en el que la estación base (220) está destinada a transmitir, simultáneamente, un primer paquete y un segundo paquete superpuestos mediante codificación por superposición a la primera y a la segunda estaciones de usuario (210), conteniendo el primer paquete datos de señalización para la primera estación de usuario (210) y datos de aplicaciones para la segunda estación de usuario (210), conteniendo el segundo paquete datos de aplicaciones para la primera estación de usuario (210).
26. El sistema de comunicaciones (200) de la reivindicación 25, en el que la primera estación de usuario (210) está destinada, al recibir los paquetes primero y segundo, a recuperar del primer paquete los datos de señalización correspondientes y a extraer del segundo paquete los datos de aplicaciones utilizando los datos de señalización recuperados del primer paquete.
27. El sistema de comunicaciones (200) de la reivindicación 25, en el que las velocidades de transmisión de datos soportables por cada estación de usuario (210) corresponden a la calidad de las señales recibidas en cada estación de usuario (210).
28. El sistema de comunicaciones (200) de la reivindicación 25, en el que la calidad de las señales recibidas en cada estación de usuario (210) corresponde a una relación entre señal y ruido más interferencia (SINR) medida en la respectiva estación de usuario (210).
29. El sistema de comunicaciones (200) de la reivindicación 25, en el que se utiliza una tabla para mantener el seguimiento de las velocidades de transmisión de datos asociadas con la pluralidad de estaciones de usuario (210).
30. Un medio legible por una máquina, que comprende instrucciones que, cuando son ejecutadas por una máquina, hacen que ésta lleve a cabo operaciones que incluyen:
seleccionar, de entre una pluralidad de estaciones de usuario (210), una primera estación de usuario (210) y una segunda estación de usuario (210), para recibir datos de una estación base (220), basándose en indicaciones de calidad de señal asociadas con dicha pluralidad de estaciones de usuario;
construir un primer paquete que contenga datos de señalización para la primera estación de usuario (210) y datos de aplicaciones para la segunda estación de usuario (210);
superponer, mediante codificación por superposición, un segundo paquete sobre el primer paquete, conteniendo el segundo paquete datos de aplicaciones para la primera estación de usuario (210); y
transmitir simultáneamente el primero y el segundo paquetes desde la estación base (220) a la primera y a la segunda estaciones de usuario (210).
31. El medio legible por una máquina de la reivindicación 30, en el que las operaciones realizadas incluyen, además:
recibir el primero y el segundo paquetes en la primera estación de usuario (210);
recuperar, del primer paquete, datos de señalización para la primera estación de usuario (210); y
extraer, del segundo paquete, datos de aplicaciones para la primera estación de usuario (210) utilizando para ello los datos de señalización recuperados del primer paquete.
32. El medio legible por una máquina de la reivindicación 30, en el que la calidad de las señales recibidas en cada estación de usuario (210) corresponde a una relación entre señal y ruido más interferencia (SINR) medida en la respectiva estación de usuario.
33. El medio legible por una máquina de la reivindicación 30, en el que la calidad de las señales recibidas en cada estación de usuario (210) corresponde a una velocidad de transmisión de datos solicitada por la respectiva estación de usuario (210) para transmitir datos desde la estación base (220) a la respectiva estación de usuario (210).
\newpage
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34. El método de tratamiento de datos de la reivindicación 1, en el que
de entre la pluralidad de estaciones de usuario (210), se selecciona un grupo de K estaciones de usuario (210) para recibir datos procedentes de una estación base (220), basándose, al menos en parte, en las indicaciones de calidad de señal recibidas; y
en el que múltiples paquetes superpuestos se transmiten juntos desde la estación base (220) a las K estaciones de usuario (210).
35. El método de la reivindicación 34, en el que un paquete del nivel más bajo de los paquetes superpuestos, comprende un paquete multiusuario que contiene información de aplicaciones para una primera estación de usuario (210) que tiene el nivel más bajo de calidad de señal del grupo e información de control para otras estaciones de usuario (210) del grupo.
36. El método de la reivindicación 35, que comprende además:
recibir los paquetes superpuestos en una segunda estación de usuario (210);
recuperar la información de control para la segunda estación de usuario (210) del paquete de nivel más bajo de los paquetes superpuestos recibidos; y
extraer información de aplicaciones, destinada a la segunda estación de usuario (210), de los paquetes restantes de los paquetes superpuestos recibidos.
37. El método de la reivindicación 34, en el que un paquete de un nivel inferior de los paquetes superpuestos contiene información de control para un paquete de un nivel superior siguiente de los paquetes superpuestos.
38. El método de la reivindicación 37, en el que el paquete del nivel inferior de los paquetes superpuestos, comprende un paquete multiusuario que contiene datos de aplicaciones para un usuario correspondiente e información de control para otro usuario en un nivel superior siguiente.
39. El método de la reivindicación 37, en el que un paquete del nivel más alto de los paquetes superpuestos, comprende un paquete multiusuario que contiene datos de aplicaciones para múltiples estaciones de usuario (210) del grupo.
40. El aparato para el tratamiento de información de la reivindicación 11, en el que
el controlador (230) está destinado a seleccionar, de entre una pluralidad de estaciones de usuario (210), un grupo de múltiples estaciones de usuario (210) para recibir datos de una estación base (220), basándose al menos en parte en indicaciones de calidad de señal asociadas con la pluralidad de estaciones de usuario (210); y en el que
el transmisor está destinado a transmitir múltiples paquetes superpuestos, juntos, a las múltiples estaciones de usuario (210).
41. El aparato de la reivindicación 40, en el que un paquete del nivel más bajo de los paquetes superpuestos, comprende un paquete multiusuario que contiene información de aplicaciones para una primera estación de usuario (210) que tiene la calidad de señal de nivel más bajo del grupo e información de control para otras estaciones de usuario (210) del grupo.
42. El aparato de la reivindicación 40, en el que una segunda estación de usuario (210) está destinada, al recibir los paquetes superpuestos, a recuperar información de control para la segunda estación de usuario (210) del paquete de nivel más bajo de los paquetes superpuestos recibidos, y a extraer información de aplicaciones destinada a la segunda estación de usuario (210) de los restantes paquetes superpuestos recibidos.
43. El aparato de la reivindicación 40, en el que un paquete de nivel inferior de los paquetes superpuestos, contiene información de control para un paquete de un nivel superior siguiente de los paquetes superpuestos.
44. El aparato de la reivindicación 43, en el que el paquete del nivel inferior de los paquetes superpuestos comprende un paquete multiusuario que contiene datos de aplicaciones para un usuario correspondiente e información de control para otro usuario de un nivel superior siguiente.
45. El aparato de la reivindicación 43, en el que un paquete del nivel más alto de los paquetes superpuestos comprende un paquete multiusuario que contiene datos de aplicaciones para múltiples estaciones de usuario (210) del grupo.
46. Un método de tratamiento de datos, que comprende:
recibir múltiples paquetes que se han superpuesto mediante codificación por superposición, en una primera estación de usuario (210), incluyendo los múltiples paquetes un primer paquete y un segundo paquete;
\global\parskip1.000000\baselineskip
recuperar, del primer paquete, datos de señalización para la primera estación de usuario (210); y
extraer, del segundo paquete, datos de aplicaciones para la primera estación de usuario (210) utilizando los datos de señalización recuperados del primer paquete.
47. El método de la reivindicación 46, en el que los datos de señalización contienen parámetros de tratamiento de información empleados por la primera estación de usuario (210) para tratar los datos de aplicaciones del segundo paquete.
48. El método de la reivindicación 47, en el que los parámetros de tratamiento de información incluyen parámetros de codificación y de modulación.
49. Un aparato para el tratamiento de datos, que comprende:
un receptor destinado a recibir múltiples paquetes superpuestos mediante codificación por superposición, conteniendo los múltiples paquetes un primer paquete y un segundo paquete;
un descodificador destinado a descodificar los múltiples paquetes, estando destinado el descodificador a recuperar, del primer paquete, datos de señalización para un primer usuario y a extraer, del segundo paquete, datos de aplicaciones para el primer usuario utilizando los datos de señalización recuperados del primer paquete.
50. El aparato de la reivindicación 49, en el que los datos de señalización contienen parámetros de tratamiento de la información utilizados por el descodificador para tratar los datos de aplicaciones contenidos en el segundo paquete.
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