ES2309048T3 - Estructura de tramas para canales inalambricos de velocidad variable que transmiten datos a alta velocidad. - Google Patents

Estructura de tramas para canales inalambricos de velocidad variable que transmiten datos a alta velocidad. Download PDF

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Abstract

Procedimiento para la transmisión inalámbrica de comunicaciones de voz y comunicaciones de datos desde una estación base (102) hasta una pluralidad de terminales de usuario (106 a 122) mediante un solo operador de telefonía inalámbrica, en un formato de espectro ensanchado y multiplexación por división en el tiempo, caracterizado por las etapas siguientes: identificar un primer conjunto de terminales de usuario de la pluralidad de terminales de usuario que requieren el servicio de comunicación de voz (904); identificar un segundo conjunto de terminales de usuario de la pluralidad de terminales de usuario que solicitan el servicio de comunicación de datos (910); para cada uno de los terminales de usuario del primer conjunto, asignar una parte de una supertrama multiplexada por división en el tiempo (908); para cada uno de los terminales de usuario del primer conjunto, determinar una respectiva velocidad de transmisión de datos admitida teniendo en cuenta las condiciones actuales del canal (906) respectivo; determinar un subconjunto del segundo conjunto de terminales de usuario que van a recibir el servicio mediante la supertrama multiplexada por división en el tiempo (912); para cada uno de los terminales de usuario del subconjunto del segundo conjunto, asignar una parte de la supertrama multiplexada por división en el tiempo (916); para cada uno de los terminales de usuario del subconjunto del segundo conjunto, determinar una respectiva velocidad de transmisión de datos admitida teniendo en cuenta las condiciones actuales del canal (914) respectivo; formar la supertrama multiplexada por división en el tiempo (918) para que comprenda: comunicaciones de voz para cada uno de los terminales de usuario del primer conjunto, en las que la duración de tiempo dentro de la supertrama ocupada por cada comunicación de voz corresponde directamente a una respectiva velocidad de transmisión de datos admitida; y comunicaciones de datos para cada uno de los terminales de usuario del subconjunto del segundo conjunto, en las que la duración de tiempo dentro de la supertrama ocupada por cada comunicación de datos corresponde directamente a una respectiva velocidad de transmisión de datos admitida; y transmitir la supertrama multiplexada por división en el tiempo desde la estación base en un formato de espectro ensanchado (920).

Description

Estructura de tramas para canales inalámbricos de velocidad variable que transmiten datos a alta velocidad.
Antecedentes 1. Campo técnico
La presente invención se refiere en general a las redes de comunicaciones celulares inalámbricas y, más particularmente, a la transmisión de comunicaciones de voz y comunicaciones de datos en una red de comunicación celular inalámbrica.
2. Técnica relacionada
Las redes inalámbricas son muy conocidas. Las redes celulares inalámbricas ofrecen servicios de comunicaciones inalámbricas en muchas áreas habitadas del mundo. Las redes inalámbricas satelitales pueden ofrecer servicios de comunicaciones inalámbricas a través de la mayor parte de superficies de la tierra. Aunque las redes inalámbricas fueron construidas inicialmente para las comunicaciones de voz, actualmente se exige que estas redes ofrezcan también comunicaciones de datos.
La demanda de servicios de comunicaciones de datos se ha disparado con la aceptación y el uso extendido de Internet. Aunque históricamente las comunicaciones de datos se han suministrado por medio de conexiones alámbricas, en la actualidad los usuarios inalámbricos exigen que las unidades inalámbricas admitan también comunicaciones de datos. Muchos abonados inalámbricos desean poder navegar por Internet, acceder a su correo electrónico y realizar otras actividades de comunicación de datos utilizando teléfonos celulares, asistentes personales de datos inalámbricos, ordenadores portátiles conectados mediante enlace inalámbrico u otros dispositivos inalámbricos. La demanda de comunicaciones de datos en redes inalámbricas se incrementará a lo largo del tiempo. Por lo tanto, actualmente se están creando o modificando redes inalámbricas para satisfacer la creciente demanda de comunicación de datos.
Se plantean cuestiones de rendimiento importantes cuando se utiliza una red inalámbrica para ofrecer comunicaciones de datos. Las redes inalámbricas fueron diseñadas inicialmente para satisfacer los requisitos bien definidos de las comunicaciones de voz. En términos generales, las comunicaciones de voz requieren un ancho de banda sostenido con una relación señal-ruido (SNR) mínima, así como continuidad. Por otra parte, las comunicaciones de datos presentan unos requisitos de rendimiento muy diferentes. Las comunicaciones de datos comúnmente tienen lugar por ráfagas, son discontinuas y pueden requerir un ancho de banda relativamente alto durante sus partes activas. Para comprender las dificultades de la provisión de comunicaciones de datos en una red inalámbrica, se considerará a continuación la estructura y el funcionamiento de una red celular inalámbrica.
Las redes celulares inalámbricas comprenden una "infraestructura de red" que se comunica inalámbricamente con los terminales de usuario de una respectiva área de cobertura del servicio. La infraestructura de red habitualmente comprende una pluralidad de estaciones base dispersas por toda el área de cobertura del servicio, cada una de las cuales admite las comunicaciones inalámbricas dentro de una respectiva célula (o conjunto de sectores). Las estaciones base se acoplan a controladores de estación base (BSC), y cada BSC presta servicio a una pluralidad de estaciones base. Cada BSC se acopla a un centro de conmutación móvil (MSC). Cada BSC se acopla también habitualmente, de forma directa o indirecta, a Internet.
En funcionamiento, un terminal de usuario se comunica con una (o más) de las estaciones base. El BSC acoplado a la estación base que presta el servicio encamina las comunicaciones de voz entre el MSC y la estación base que presta el servicio. El MSC encamina la comunicación de voz a otro MSC o a la red telefónica pública conmutada (PSTN). Los BSC encaminan las comunicaciones de datos entre la estación base que presta el servicio y una red de datos por paquetes que puede acoplarse a Internet.
El enlace inalámbrico entre la estación base y el terminal de usuario es definido por una de las normas operativas de la pluralidad existente (por ejemplo, AMPS, TDMA, CDMA, GSM, etc.). Estas normas operativas, así como las nuevas normas operativas 3G y 4G, definen la manera en que puede asignarse, configurarse, establecerse y eliminarse el enlace inalámbrico. Estas normas operativas deben definir operaciones que resulten satisfactorias para la provisión de las comunicaciones de voz y datos. La solicitud de patente europea EP 0 905 939 A (Lucent Technologies Inc.), 31 de marzo de 1999, describe de forma general un sistema que ofrece comunicaciones de voz y de datos.
La infraestructura de red inalámbrica debe permitir tanto comunicaciones de voz de baja velocidad binaria como comunicaciones de datos de velocidad variable. Más particularmente, la infraestructura de red debe transmitir comunicaciones de voz de baja velocidad binaria sensibles a los retardos junto con comunicaciones de datos de alta velocidad de transmisión tolerantes a los retardos. Aunque las comunicaciones de voz habitualmente presentan un tiempo de mantenimiento largo (es decir, permanecen activas un tiempo superior a dos minutos por término medio), las comunicaciones de datos de alta velocidad/tolerantes a los retardos se realizan a ráfagas y sólo son activas de manera esporádica. En contraste con los requisitos de asignación de canales de las comunicaciones de voz, en la comunicación de datos es necesario asignar y desasignar los canales con frecuencia para evitar el desaprovechamiento del espectro. Dicha asignación y desasignación de canales para las comunicaciones de datos consume mucho ancho de banda.
Además, puesto que las comunicaciones de voz deben tener prioridad respecto de las comunicaciones de datos, a menudo se asignan pocos recursos o ninguno a las comunicaciones de datos. Aparte de competir por los canales con los usuarios de voz, los usuarios de datos también deben competir por los canales con los otros usuarios de datos. En la mayoría de contextos operativos, es muy difícil obtener un canal y mantener el canal para proveer comunicaciones de datos a plena capacidad. Si la infraestructura desasigna prematuramente el canal asignado, la comunicación de datos se interrumpirá y entonces la capa de protocolo situada encima de la capa física del enlace inalámbrico fallará.
Por consiguiente, es deseable proveer un sistema de comunicación que sea capaz de transmitir comunicaciones de datos de baja velocidad sensibles a los retardos y comunicaciones de datos de alta velocidad tolerantes a los retardos con un desaprovechamiento mínimo de la capacidad espectral. También es deseable proveer un sistema de comunicaciones que ofrezca además tráfico de ráfagas de datos a una pluralidad de usuarios de datos sin desaprovechar el espectro asignado.
Sumario de la invención
En un sistema de comunicación construido según la presente invención, se emplea una estructura de supertramas/tramas multiplexadas por división en el tiempo (TDM) que está optimizada para proveer tanto transmisiones de datos de alta velocidad tolerantes a los retardos como transmisiones de voz de baja velocidad binaria sensibles a los retardos. La estructura de tramas TDM de la presente invención permite realizar una alineación flexible# de tramas de transmisiones que comprenden tanto las comunicaciones de voz de baja velocidad sensibles a los retardos como las comunicaciones de datos de alta velocidad tolerantes a los retardos, utilizando operaciones de alineación de subtramas#. Por lo tanto, el sistema y el procedimiento de la presente invención aportan beneficios significativos para el tráfico inalámbrico de comunicaciones de datos solo y para el tráfico inalámbrico combinado de comunicaciones de voz y comunicaciones de datos.
En la estructura de tramas TDM de la presente invención, se emplea el ajuste de la velocidad, de tal forma que es posible operar con diferentes velocidades de transmisión de datos para diferentes terminales de usuario que comparten la estructura de tramas TDM. Cuando se utiliza en el enlace directo, una estación base selecciona las velocidades de transmisión de datos para cada uno de los terminales de usuario de la pluralidad a la que se presta servicio, basándose en las calidades de los canales indicadas por los terminales de usuario. A continuación, la estación base/infraestructura de red construye la supertrama para proveer las comunicaciones de voz y datos deseadas y, de ese modo, se satisfacen niveles suficientes del servicio.
Según un aspecto de la presente invención, las transmisiones del enlace directo se estructuran como una pluralidad de supertramas, comprendiendo cada supertrama un número predeterminado de tramas. Cada una de las tramas transmite comunicaciones de voz a una o más velocidades de transmisión de datos. El tamaño de la supertrama viene limitado por la tolerancia a los retardos de las transmisiones de voz (habitualmente, 20 ms). A cada cliente de voz se le asigna una o más tramas o partes de tramas (subtramas) de la supertrama, según las necesidades, para realizar la comunicación de voz de baja velocidad y baja latencia. Las tramas/subtramas de una supertrama que no se necesitan para transmitir la comunicación de voz se utilizan para transmitir datos de alta velocidad que presentan requisitos de velocidad de transmisión de datos compatibles.
Convenientemente, la presente invención puede operar de forma simultánea con clientes de datos de alta velocidad de transmisión y clientes de voz, a través del mismo enlace directo. La presente invención también gestiona con eficacia el ancho de banda para admitir a diversos clientes de voz junto con otros usuarios de datos en la misma trama de alta velocidad de transmisión de datos.
Además, los aspectos de tiempo compartido de la presente invención aportan ventajas significativas para la provisión del servicio a los usuarios de datos. Cuando se presta servicio a una pluralidad de usuarios de datos a través de un único enlace directo multiplexado por división en el tiempo, puede emplearse la totalidad del espectro asignado para prestar servicio a los usuarios de datos y aumentar al máximo los resultados de rendimiento. Por lo tanto, no se desperdicia cantidad alguna del ancho de banda asignado. Además, la estructura de supertramas es capaz de servir a terminales de usuario que admiten velocidades de transmisión de datos diferentes. Por otra parte, debido a que cada supertrama se construye por separado, cada supertrama puede servir a diferentes terminales de usuario a diferentes velocidades de transmisión de datos y a diferentes niveles de servicio.
La estructura de tramas de la supertrama de la presente invención comprende uno o diversos indicadores explícitos de velocidad de transmisión de datos o del usuario que indican explícitamente para qué terminal o terminales de usuario son los datos de la trama y cuál es la velocidad o las velocidades de transmisión de datos. Por lo tanto, el terminal de usuario puede determinar qué tramas son las que le corresponden y a qué velocidades de transmisión de datos se transmiten las tramas. El indicador o indicadores explícitos de velocidad de transmisión de datos o del usuario requieren una codificación mínima y, de este modo, los terminales de usuario pueden interpretarlos fácilmente. Cuando se incluyen estos indicadores explícitos en las tramas, los terminales de usuario hacen caso omiso de los datos destinados a otros terminales de usuario y evitan los altos requisitos de procesamiento de decodificación de dichos datos.
En una forma de realización de este indicador explícito de velocidad de transmisión de datos/terminal de usuario, la cabecera de cada trama de la supertrama indica la velocidad de transmisión de datos de la trama y el terminal o los terminales de usuario a los cuales van dirigidos los datos de la trama. La cabecera puede comprender también una señal piloto utilizada por los terminales de usuario para determinar la calidad del canal del enlace directo. Además, la cabecera puede comprender bits de control de potencia destinados a una pluralidad de terminales de usuario servidos por la correspondiente estación base. En otra forma de realización, la trama comprende una cabecera primaria que indica los terminales de usuario y las velocidades de transmisión de datos para la primera mitad de la trama, y una cabecera secundaria que indica los terminales de usuario y las velocidades de transmisión de datos para la segunda mitad de la trama.
Según la presente invención, cada supertrama/trama presta servicio a una pluralidad de terminales de usuario. Por lo tanto, el funcionamiento según la presente invención determina cómo se construirá y transmitirá cada supertrama. En general, cada terminal de usuario servido dentro de una respectiva célula/sector comunica a la estación base la calidad de la pluralidad de canales de tráfico de enlace directo que supervisa o una indicación de la velocidad de transmisión de datos que puede admitir en cada uno de los canales de tráfico de enlace directo supervisados. La estación base, el controlador de la estación base u otro componente de la infraestructura de red reciben esta información y determinan a continuación la velocidad máxima de transmisión de datos para cada uno de los terminales de usuario a los que se presta servicio.
A continuación, la estación base determina qué terminales de usuario requieren el servicio de comunicación de voz en la siguiente supertrama. Basándose en esta información y las velocidades máximas de transmisión de datos admitidas para los terminales de usuario que requieren el servicio de comunicación de voz, la estación base asigna por lo menos una trama/subtrama para las comunicaciones de voz, si la supertrama provee comunicaciones de voz, y determina por lo menos una velocidad de transmisión de datos para las comunicaciones de voz. Según un tipo de funcionamiento, los terminales de usuario que funcionan con la misma velocidad de transmisión de datos también pueden compartir tramas/subtramas.
Una vez que la estación base ha asignado todas las comunicaciones de voz, determina qué terminales de usuario van a recibir el servicio de comunicación de datos, y a qué nivel de servicio, en la supertrama siguiente. Basándose en esta determinación y la velocidad máxima de transmisión de datos ofrecida por cada uno de los terminales de usuario, la estación base asigna tramas/subtramas a los terminales de usuario para las comunicaciones de datos. Como en la asignación del servicio de comunicación de voz, los terminales de usuario a los que se asignan comunicaciones de datos a la misma velocidad de transmisión de datos pueden compartir tramas/subtramas. Por lo tanto, el funcionamiento para la asignación solo de datos es parecido al de la asignación de voz/datos, excepto en que, en la asignación de voz/datos, los terminales de usuario de voz tienen prioridad sobre los terminales de usuario solo de datos.
Otras características y ventajas de la presente invención se pondrán más claramente de manifiesto a partir de la siguiente descripción detallada de la presente invención, considerada conjuntamente con los dibujos adjuntos.
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Breve descripción de los dibujos
La presente invención se comprenderá mejor considerando la siguiente descripción detallada de la forma de realización preferida conjuntamente con los dibujos adjuntos, en los cuales:
la figura 1 es un diagrama del sistema que ilustra una parte de una red celular inalámbrica construida según la presente invención;
la figura 2 es un diagrama de bloques que ilustra la estructura de las supertramas y las tramas de datos de alta velocidad según la presente invención;
la figura 3 es un diagrama de bloques que ilustra la estructura de una trama de datos de alta velocidad según la presente invención que transmite sólo datos;
las figuras 4A y 4B son diagramas de bloques que ilustran ejemplos de supertramas formadas según la presente invención que transmiten sólo comunicaciones de datos;
la figura 5 es un diagrama de bloques que ilustra la estructura de una supertrama según la presente invención que transmite tanto comunicaciones de voz como comunicaciones de datos;
las figuras 6A y 6B son diagramas de bloques que ilustran ejemplos de supertramas formadas según la presente invención que transmiten tanto comunicaciones de voz como comunicaciones de datos;
la figura 7 es un diagrama de bloques que ilustra la estructura de una trama de datos de alta velocidad según la presente invención que transmite tanto comunicaciones de voz como comunicaciones de datos;
la figura 8 es un diagrama lógico que ilustra el funcionamiento según la presente invención en la determinación de las velocidades de transmisión de datos del enlace directo y las velocidades de codificación para una pluralidad de terminales de usuario servidos;
la figura 9 es un diagrama lógico que ilustra el funcionamiento según la presente invención en la construcción de una supertrama;
la figura 10 es un diagrama de bloques que representa un ejemplo de aparato para generar y procesar la estructura de supertramas de la presente invención;
la figura 11 es un diagrama de bloques que representa otro ejemplo de aparato para generar y procesar la estructura de supertramas de la presente invención, en el que cada trayectoria de datos de usuario puede procesarse parcialmente por separado;
la figura 12 es un diagrama de bloques que representa un ejemplo de aparato para generar y procesar la estructura de supertramas de la presente invención, en el que las comunicaciones de voz y de datos se procesan parcialmente por separado;
la figura 13 es un diagrama de bloques que ilustra una estación base construida según la presente invención; y
la figura 14 es un diagrama de bloques que ilustra un terminal de usuario construido según la presente invención.
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Descripción detallada de los dibujos
La figura 1 es un diagrama de sistema que ilustra una parte de un sistema celular 100, en el que una pluralidad de terminales de usuario 106 a 122 comparten un enlace directo multiplexado por división en el tiempo (TDM) según la presente invención. La infraestructura del sistema celular 100 representada comprende una estación base 102 y una infraestructura de red 104. Estos componentes son ampliamente conocidos y sólo se describirán los aspectos de los mismos que guarden relación con las ideas y los principios de la presente invención. El sistema celular 100 funciona de conformidad con una norma CDMA que se modifica según la presente invención (por ejemplo, IS-95B, IS-2000, 3GPP y W-CDMA), o con otra norma CDMA que se modifica para adaptarse a las operaciones descritas en la presente memoria. En particular, las normas "high speed data" (HSD) 1xEV "standard data only" (DO), HSD 1xEV "standard data and voice" (DV) y 3GPP HSD pueden funcionar según algunos aspectos de la presente invención.
La estación base 102 presta el servicio inalámbrico dentro de la correspondiente área geográfica (célula o sector/es). La estación base establece un enlace directo y por lo menos un enlace inverso con los terminales de usuario 106 a 122. Una vez que se han establecido estos enlaces, la estación base 102 transmite comunicaciones de voz y comunicaciones de datos a los terminales de usuario 106 a 122. Asimismo, los terminales de usuario 106 a 122 transmiten comunicaciones de voz y comunicaciones de datos a la estación base 102 en el enlace o los enlaces inversos.
Algunos de los terminales de usuario (por ejemplo, los terminales de voz 118, 120 y 122) sólo proveen comunicaciones de voz. Como alternativa, otros terminales de usuario (por ejemplo, el terminal de datos 112, la máquina expendedora 114 y el terminal de tarjetas de crédito 116) sólo proveen comunicaciones de datos. Además, por lo menos algunos de estos terminales de usuario (por ejemplo, el ordenador de escritorio 106, el ordenador portátil 108 y el ordenador vestible 110) proveen comunicaciones de voz y comunicaciones de datos.
Cuando se proveen comunicaciones de voz y de datos, la estación base 102 opera con un único canal de enlace directo (F-CH) que sirve a todos los terminales de usuario 106 a 122. La estación base 102 y los terminales de usuario 106 a 122 interactúan para establecer una pluralidad de enlaces inversos (R-CH), uno de los cuales sirve a cada uno de los terminales de usuario 106 a 122.
Para compartir el F-CH, el F-CH utiliza una estructura de supertramas TDM que comprende una pluralidad de tramas, cada una de las cuales comprende a su vez una pluralidad de subtramas. Esta estructura de supertramas/tramas se adapta de forma flexible a las comunicaciones de voz y las comunicaciones de datos, sin incidir adversamente en los requisitos de baja velocidad binaria de las comunicaciones de voz. Además, esta estructura de supertramas/tramas resulta eficaz para transmitir las comunicaciones de datos sin desaprovechar en absoluto el valioso ancho de banda asignado y distribuyendo equitativamente el ancho de banda asignado entre los terminales de usuario servidos.
En esta estructura de supertramas, cada supertrama comprende un número entero de tramas y cada una de las tramas comprende un número entero de subtramas. Cada una de las tramas/subtramas puede transmitir comunicaciones de voz, comunicaciones de datos o una combinación de comunicaciones de voz y comunicaciones de datos. La velocidad de transmisión de datos varía de trama en trama, siendo determinada la velocidad de transmisión de datos de la trama/subtrama basándose en el terminal o los terminales de usuario a los que se presta servicio en dicha trama/subtrama y las respectivas indicaciones de la calidad del canal para el terminal o los terminales de usuario, comunicadas por el terminal o terminales de usuario. Por lo tanto, habitualmente cada supertrama presta servicio a una pluralidad de terminales de usuario a una pluralidad de velocidades de transmisión de datos diferentes. Asimismo, comúnmente cada supertrama se llena con datos de voz y datos, utilizándose de este modo todo el espectro disponible.
En una forma de realización descrita de la presente invención, el F-CH es un canal multiplexado por división en el código de espectro ensanchado. El F-CH sólo presta servicio a un único terminal de usuario en un momento determinado. Para incrementar el rendimiento del canal, la comunicación de enlace directo realizada en cualquier momento determinado se modula con un conjunto de 16 códigos de Walsh antes de su transmisión. Por lo tanto, el F-CH no utiliza el recurso de código compartido para diferenciar los terminales de usuario.
No obstante, algunas partes de las tramas/subtramas de la supertrama pueden contener datos que se han modulado por separado con códigos de Walsh diferentes, de tal forma que cada terminal de usuario servido recibe por separado la parte concreta de la supertrama/trama/subtrama. Un ejemplo de dichos datos son los datos de control de potencia (por ejemplo, bits de control de potencia) que se transmiten en el F-CH pero que se emplean para controlar la potencia de transmisión de las transmisiones de enlace inverso. Una pluralidad de bits de control de potencia que van dirigidos a una pluralidad de terminales de usuario diferentes se modulan por separado con una pluralidad de correspondientes códigos de Walsh y se transmiten en el F-CH dentro de la supertrama/trama/subtrama, al mismo tiempo. A continuación, los terminales de usuario decodifican este segmento de la supertrama/trama/subtrama para recibir los bits de control de potencia individuales.
Debido a que los requisitos de rendimiento de datos impuestos al enlace inverso son sustancialmente inferiores a los impuestos al enlace directo, los enlaces inversos se proveen utilizando técnicas CDMA de enlace inverso convencionales. Según la presente invención, los terminales de usuario determinan la calidad del canal F-CH (por ejemplo, la relación intensidad/interferencia de la señal piloto o la velocidad de transmisión de datos máxima admisible) y comunican dicha calidad de canal a por lo menos una estación base operativa en los enlaces inversos. Basándose en la calidad del canal F-CH comunicada por cada terminal de usuario, así como en otros factores adicionales, la estación base asigna tramas/subtramas de la supertrama a los terminales de usuario.
El tamaño de cada supertrama está limitado por la tolerancia a los retardos para el servicio de baja latencia (comunicaciones de voz). Basándose en la tolerancia a los retardos (por ejemplo, 20 ms), se incorpora un número entero de tramas para formar una supertrama de la misma duración. En cada supertrama, a cada cliente de voz se le asignan sólo las tramas o las partes de tramas necesarias para transmitir la comunicación de voz. El resto de tramas y partes de tramas que no se utilizan para transmitir la comunicación de voz se destina a las comunicaciones de datos. Preferentemente, las llamadas de voz se agrupan al principio de la supertrama. La asignación de comunicaciones de voz y de datos a la supertrama se describe más adelante, a título de ejemplo, haciendo referencia a las figuras 6A y 6B.
La figura 2 es un diagrama de bloques que ilustra la estructura de supertramas y tramas de datos de alta velocidad (HSD) según la presente invención. La estructura de supertramas se transmite en el F-CH y se ajusta a los otros requisitos impuestos al F-CH. En particular, cada 400 ms, la estación base 102 transmite un campo de canal de difusión (BCCH) en el F-CH. De esta manera, la cantidad de supertramas que se adapta al requisito de sincronización del BCCH es un múltiplo entero. Como se ha descrito en la presente memoria, cada supertrama tiene una longitud de 20 ms y comprende 16 tramas HSD de 1,25 ms de duración cada una. Con esta estructura, el campo BCCH se transmite cada 400 ms, utilizando 8 tramas HSD a una velocidad de transmisión de datos de 76,8 kb/s. Además, cada 20ª supertrama de 20 ms contiene el campo BCCH.
Como se ha indicado, cada supertrama de 20 ms puede comprender comunicaciones de voz o comunicaciones de datos. La estructura de supertramas es compartida por una pluralidad de usuarios que son servidos por la estación base 102 a través del F-CH. Por lo tanto, la supertrama de 20 ms satisface todos los requisitos del F-CH de la estación base transmisora 102 y es compatible con todos los requisitos de comunicación de voz del enlace directo y los requisitos de comunicación de datos de la estación base 102.
La figura 3 es un diagrama de bloques que ilustra la estructura de una trama de datos de alta velocidad 300 según la presente invención que transmite datos. La trama HSD 300 se transmite en el F-CH y tiene una duración de 1,25 ms. La trama HSD 300 comprende 1536 segmentos y 8 subtramas que comprenden 192 segmentos cada una. Debe tenerse en cuenta, sin embargo, que el tamaño, el número de segmentos, el número de subtramas y otras características estructurales particulares de la trama HSD 300 sólo constituyen ejemplos, pudiendo presentar la trama HSD 300 otros tamaños y estructuras sin desviarse de las ideas y los principios de la presente invención.
En esta estructura de tramas, una primera subtrama HSD funciona como cabecera de la trama y comprende una señal piloto (32 segmentos), un campo de indicador explícito de velocidad de transmisión de datos (EDRI), que indica los terminales de usuario de destino e indica por lo menos una velocidad de transmisión de datos para la trama HSD (128 segmentos), y una pluralidad de bits de control de potencia (32 segmentos). La trama HSD puede comprender también un EDRI secundario que está contenido en la quinta subtrama de la trama HSD 300.
Las señales piloto de todas las estaciones base se sincronizan y se utilizan tanto para finalidades de sincronización como para finalidades de estimación de la calidad del canal. Los terminales de usuario reciben las señales piloto y, basándose en la intensidad de las señales piloto recibidas y los correspondientes niveles de interferencia, generan una indicación de la calidad del canal. A continuación, cada terminal de usuario comunica a la estación base que provee el enlace inverso por lo menos una indicación de calidad de canal que ha determinado. La información de la indicación de la calidad del canal (por ejemplo, un mensaje de medición de la intensidad piloto) se transmite a la estación base que presta el servicio en un canal R-CH o un canal de acceso/control inverso.
Una indicación de la calidad del canal es la relación portadora-interferencia (C/I) de una señal piloto o un canal respectivos. Por lo tanto, en una operación según la presente invención, el terminal de usuario comunica las relaciones C/I de cada señal piloto que mide. Dicha comunicación puede limitarse basándose en los umbrales aplicados por el terminal de usuario. Como alternativa, el terminal de usuario, en lugar de comunicar la calidad del canal relacionada con cada señal piloto recibida, puede determinar una velocidad de transmisión de datos máxima admisible para cada canal correspondiente y comunicar la velocidad o las velocidades de transmisión de datos máximas admisibles a la estación base que le presta servicio. A continuación, la estación base/infraestructura de red utiliza la información de calidad de los canales para determinar desde qué estación o estaciones base debe transmitir comunicaciones de voz o comunicaciones de datos de enlace directo al terminal de usuario y a qué velocidad de transmisión de datos máxima.
En la forma de realización descrita, la señal piloto se compone exclusivamente de bits cero y está codificada con un código de Walsh de 32 segmentos. Se dispone de un total de 32 códigos de Walsh para realizar la codificación de Walsh de las señales piloto, siendo utilizados los códigos de Walsh separados para diferenciar unas señales piloto de otras. A la señal piloto también se le aplica un ensanchamiento por pseudorruido (PN) complejo antes de su transmisión. Dicha codificación da por resultado una ganancia de procesamiento de 15 dB.
El EDRI primario (y el EDRI secundario, si lo hubiera) provee una indicación explícita de la velocidad o las velocidades de transmisión de datos para los datos contenidos en la trama HSD 300, las identidades del terminal o los terminales de usuario a los cuales van destinados los datos y la posición relativa de los datos dentro de la trama HSD 300. Como se describirá en mayor profundidad con referencia a las figuras 7 y 8, cuando la trama HSD contiene tanto comunicaciones de voz como comunicaciones de datos, el EDRI puede proveer también información adicional relativa a la comunicación de voz. En la forma de realización solo de datos de la figura 3, el EDRI comprende una pluralidad de bits que indican una velocidad de transmisión de datos para la trama HSD 300, un bit que indica que la trama HSD 300 transmite datos y una pluralidad de bits que identifica uno o más terminales de usuario a los cuales van destinados los datos de la trama HSD 300.
Cuando se incluye el EDRI secundario, el EDRI primario indica la velocidad de transmisión de datos y el terminal de usuario para las tres primeras subtramas que transmiten datos (2 a 4) de la trama HSD 300. Entonces, el EDRI secundario indica el terminal de usuario al cual van dirigidas las cuatro últimas subtramas que transmiten datos (5 a 8) de la trama HSD 300. Debe tenerse en cuanta que, cuando se dispone de EDRI secundario, éste solo ocupa una parte de la quinta subtrama y la parte restante de la quinta subtrama está ocupada por datos. Además, en esta forma de realización, cada trama HSD 300 puede prestar servicio sólo a dos terminales de usuario. En otras formas de realización, sin embargo, las tramas HSD 300 pueden servir a más de dos terminales de usuario.
La cabecera comprende también bits de control de potencia (PCB), que indican a los terminales de usuario servidos actualmente por el F-CH que deben incrementar o reducir su potencia de transmisión del enlace inverso. En esta forma de realización, los PCB son sometidos a eliminación selectiva por separado en las ramas I y Q del F-CH. Para cada usuario, un respectivo bit de control de potencia se modula mediante uno de 16 códigos de Walsh. El resultado de la codificación de Walsh se modula entonces mediante un código de ensanchamiento PN en dos tiempos. Por lo tanto, con este tipo de modulación, es posible prestar servicio a un máximo de 16 usuarios en la rama I y un máximo de 16 usuarios en la rama Q y, de ese modo, llevar el control de la potencia de transmisión del enlace inverso de un total de 32 usuarios por trama, por medio de los bits PCB.
La presente invención también es aplicable al modo de transmisión sincrónica (ATM) mediante tramas TDM. En las comunicaciones ATM, la información se transmite en unidades básicas denominadas celdas. Cada celda ATM consiste en 53 bytes, de los cuales cinco comprenden un campo de cabecera y los 48 restantes un campo de información de usuario. Cada trama TDM aloja una o varias celdas ATM.
Según la presente invención, las celdas ATM de uno o más clientes se incorporan en la estructura de subtramas de la presente invención de una manera similar a la descrita anteriormente, de tal forma que las tramas o supertramas transmiten datos a velocidades de transmisión diferentes dentro de la misma supertrama y las velocidades de transmisión de datos pueden cambiar a lo largo del tiempo. Los campos de identificador de trayectoria virtual y de identificador de circuito virtual de la cabecera ATM de 5 bytes pueden estar contenidos independientemente dentro del campo de datos o pueden estar integrados en el campo EDRI de la cabecera de la trama. Para denotar el final de un mensaje para la capa de adaptación ATM 5 (AAL5), puede realizarse la eliminación selectiva de un bit adicional de los datos. También se puede realizar opcionalmente la eliminación selectiva de las tramas de datos de otros campos ATM. Aunque se ha indicado que la celda ATM utiliza dos subtramas de la trama HSD, el número de subtramas o celdas utilizadas por la celda ATM depende de la velocidad de transmisión de datos ofrecida por las tramas/subtramas.
En un ejemplo, cuando la duración de la trama es de 1,25 ms y la velocidad de transmisión de datos es de 153,6 kb/s, cada trama de la supertrama se divide en 8 subtramas de 192 segmentos cada una. En este ejemplo, se distribuye un paquete de información de celdas ATM que contiene 48 bytes a través de dos tramas. Ventajosamente, la presente invención capacita a los clientes de llamadas de datos para continuar de forma simultánea con una llamada de voz sin dirigir la llamada de voz hacia una red complementaria o del mismo nivel. Otra ventaja adicional es que la llamada de voz se transmite por la misma red de acceso de alta velocidad que la llamada de datos, sin que ello afecte negativamente ni a la eficacia ni a la velocidad del tráfico de datos.
Las figuras 4A y 4B son diagramas de bloque que ilustran ejemplos de supertramas formadas según la presente invención que solo transmiten datos. Con referencia particular a la figura 4A, en un primer tiempo T1 se produce una transmisión en curso de datos al usuario 1 a 153,6 kb/s, dos transmisiones de datos a los usuarios 2 y 3 a 307,2 kb/s y dos transmisiones de datos a los usuarios 4 y 5 a 1228,8 kb/s. Como se representa, las transmisiones de datos al usuario 1 ocupan las tramas 1 y 2, la transmisión de datos al usuario 2 ocupa una mitad de la trama 3 y la transmisión de datos al usuario 3 ocupa una mitad de la trama 3 y las tramas 4 y 5 completas. Además, como se representa parcialmente, las transmisiones de datos a los usuarios 4 y 5 ocupan todas las tramas 6 a 16.
Haciendo referencia a la figura 4B, en un tiempo subsiguiente T2, las condiciones del canal y de interferencia (C/I) han cambiado y, por consiguiente, algunas de las comunicaciones de datos requieren nuevas velocidades de transmisión de datos. Además, según los requisitos de rendimiento para el F-CH, las asignaciones para cada terminal de usuario también han cambiado. Por lo tanto, las transmisiones de datos para los usuarios 1 y 2 ahora se realizan a 307,2 kb/s y las transmisiones de datos para los usuarios 3, 4 y 5 ahora se realizan a 1228,8 kb/s. Con las nuevas asignaciones y velocidades de transmisión de datos, los datos del usuario 1 ocupan toda la trama 1 y una mitad de la trama 2. Los datos del usuario 2 ocupan una mitad de la trama 2. Además, al usuario 3 se le asignan las tramas 3 y 4 completas y la mitad de la trama 5. Asimismo, como se representa parcialmente, a los usuarios 4 y 5 se les asigna una mitad de la trama 5 y las tramas 6 a 16 completas.
La figura 5 es un diagrama de bloques que ilustra la estructura de una supertrama 500 según la presente invención, en la que las comunicaciones de voz y las comunicaciones de datos comparten la supertrama 500 transmitida en el F-CH. Se supone que la duración de la supertrama 500 es de 20 ms y que dicha supertrama 500 comprende dieciséis tramas de 1,25 ms y permite realizar una llamada de voz junto con transmisiones de datos. Puesto que se necesitan dos tramas, la trama 1 y la trama 2, para realizar una llamada de voz a la velocidad de transmisión de datos de 76,8 kb/s, la trama 1 y la trama 2 de la supertrama 500 se destinan a la llamada de voz. El resto de tramas, trama 3 a trama 16, transmiten datos. Por lo tanto, la supertrama solo transmite una llamada de voz.
El número de tramas de la supertrama 500 que se necesitan para realizar una llamada de voz viene determinado por la velocidad o las velocidades de transmisión de datos. A una velocidad de transmisión de datos de 76,8 kb/s, cada trama puede admitir la mitad de una llamada de voz, a 153,6 kb/s, cada trama puede admitir 1 llamada de voz, a 307,2 kb/s, cada trama puede admitir hasta 2 llamadas de voz; a 614,4 kb/s, cada trama puede admitir hasta 4 llamadas de voz, a 921,6 kb/s, cada trama puede admitir hasta 6 llamadas de voz y, a 1228,8 kb/s, cada trama puede admitir hasta 8 llamadas de voz. No obstante, el número de terminales de usuario de voz que en realidad puede admitir un FC-H viene limitado por la tolerancia a los retardos de la voz y la demanda de espectro de los usuarios de datos que comparten el FC-H. Por ejemplo, el sistema puede estar limitado a sólo cinco llamadas de voz por supertrama.
Las figuras 6A y 6B son diagramas de bloques que ilustran ejemplos de supertramas formadas según la presente invención que transmiten comunicaciones de voz y de datos. Con referencia particular a la figura 6A, en un primer tiempo T1, la supertrama permite establecer una llamada de voz para el usuario 1 a 153,6 kb/s, dos llamadas de voz para los usuarios 2 y 3 a 307,2 kb/s y dos llamadas de voz para los usuarios 4 y 5 a 1228,8 kb/s. Se requiere la trama 1 completa para transmitir la llamada de voz del usuario 1 a 153,6 kb/s, mientras que, para las llamadas de voz de los usuarios 2 y 3, se asigna la mitad de la trama 2 a cada uno de estos usuarios. Las llamadas de voz de los usuarios 4 y 5 requieren solo un octavo de la trama 3 cada una, respectivamente, quedando disponible el resto de la trama para prestar servicio a los usuarios de datos a la misma velocidad de transmisión de datos de 1228,8 kb/s (por ejemplo, los datos para los usuarios 4, 5 ó 6).
El resto de tramas están disponibles para transmitir datos a cualquiera de las velocidades de transmisión de datos permitidas. En el ejemplo de la figura 6A, los usuarios 2 y 3 reciben las transmisiones de datos a la velocidad de transmisión de datos de 307,2 kb/s, mientras que los usuarios 4, 5 y 6 reciben las transmisiones de datos a la velocidad de transmisión de datos de 1228,8 kb/s.
Haciendo referencia a la figura 6B, en un tiempo subsiguiente T2, las condiciones del canal y de interferencia (C/I) han cambiado y, por consiguiente, algunos de los terminales de usuario reciben el servicio a velocidades de transmisión de datos diferentes. Por lo tanto, las llamadas de voz que todavía están en curso de los usuarios 1 y 2 se transmiten ahora a 307,2 kb/s y tienen cabida dentro de la trama 1, y las llamadas de voz de los usuarios 3, 4 y 5 se transmiten ahora a 1228,8 kb/s y ocupan algunas subtramas de la trama 2. El resto de bits de la trama 2 se asigna a uno o más usuarios de datos (por ejemplo, cualquiera de los usuarios 3, 4 ó 5 que opera a 1228,8 kb/s). No obstante, cabe la posibilidad de que algún terminal de usuario reciba datos a esta velocidad si las condiciones del canal lo permiten.
El resto de tramas están disponibles para transmitir datos a cualquier velocidad de transmisión de datos permitida. En el ejemplo de la figura 6A, el usuario 2 recibe transmisiones de datos a la velocidad de transmisión de datos de 307,2 kb/s, mientras que los usuarios 3, 4 y 5 reciben transmisiones de datos a la velocidad de transmisión de datos de 1228,8 kb/s. Por último, el usuario 6 recibe transmisiones de datos a la velocidad de transmisión de datos de 2457,6 kb/s.
La figura 7 es un diagrama de bloques que ilustra la estructura de una trama de datos de alta velocidad según la presente invención que transmite comunicaciones de voz y de datos. Preferentemente, las subtramas de voz se agrupan y se sitúan delante de las subtramas de datos. En la ilustración de la figura 7, la trama es una trama HSD que tiene una duración de 1,25 ms y comprende 1536 segmentos y 8 subtramas.
Cada trama contiene un preámbulo/cabecera (por ejemplo, la primera subtrama) que identifica los terminales de usuario y las correspondientes velocidades de transmisión de datos para cada una de las llamadas de voz. En un ejemplo, la subtrama 1 es una cabecera que comprende una señal piloto, un indicador explícito de velocidad de transmisión de datos (EDRI) que identifica los terminales de usuario, las velocidades de transmisión de datos y las ubicaciones de las tramas para cada llamada de voz, y un campo de bit de control de potencia (PCB). También puede existir un campo EDRI secundario en otra subtrama, por ejemplo, la subtrama 5. Como se representa, la subtrama 2 transmite una comunicación de voz, mientras que las otras subtramas transmiten comunicaciones de datos. No obstante, en algunas construcciones de la trama HSD, todas las subtramas pueden transmitir comunicaciones de voz.
La estructura y el contenido del preámbulo/cabecera de la trama HSD se han descrito en detalle con referencia a la figura 3. Existen similitudes sustanciales entre la estructura descrita y la estructura de la figura 7. En particular, el campo de la señal piloto y el campo PCB son iguales en la forma de realización descrita. No obstante, el campo EDRI es diferente en la medida en que indica que por lo menos una de las subtramas de la trama transmite una comunicación de voz. El campo EDRI indica asimismo si la trama HSD también transmite datos.
La figura 8 es un diagrama lógico que ilustra el funcionamiento según la presente invención en la determinación de las velocidades de transmisión de datos en el enlace directo y las velocidades de codificación para una pluralidad de terminales de usuario que reciben servicio. Los terminales de usuario que reciben servicio pueden admitir comunicaciones de voz y comunicaciones de datos. Los principios descritos con referencia a la figura 8 se aplican a ambos tipos de comunicaciones. Tanto los terminales de usuario como la estación base/infraestructura descritos con referencia a la figura 1 trabajan conjuntamente para realizar las operaciones de la figura 8.
La estación base/infraestructura se mantiene a la escucha de las indicaciones de calidad del canal/indicaciones de velocidad de transmisión de datos de una pluralidad de terminales de usuario que reciben servicio (etapa 802). Como se ha descrito haciendo referencia a las figuras 1 y 3, una pluralidad de terminales de usuario servidos por una red inalámbrica según la presente invención recibe periódicamente señales piloto desde una o más estaciones base a través del FCH, dentro de las supertrama/tramas HSD descritas. Basándose en las intensidades medidas de las señales piloto recibidas, la interferencia medida y los umbrales almacenados en el terminal de usuario, cada terminal de usuario comunica de forma periódica la relación o las relaciones C/I de por lo menos una señal piloto a una estación base que presta servicio en su enlace inverso. Como alternativa, basándose en la determinación de la relación C/I, el terminal de usuario calcula la velocidad de transmisión de datos máxima admisible en el correspondiente F-CH y la comunica a la estación base (etapa 804). La estación base recibe indicaciones de la calidad del canal desde la mayoría o la totalidad de los terminales de usuario a los que presta servicio. En una operación, se reciben indicaciones de la calidad del canal cada 1,25 ms.
Con las indicaciones de la calidad del canal recibidas desde la pluralidad de terminales de usuario, la estación base/infraestructura de red determina la velocidad de transmisión de datos máxima que puede admitir para cada terminal de usuario que proporciona indicaciones (etapa 806). A continuación, la estación base/infraestructura determina la velocidad o las velocidades de codificación que se aplicarán a las transmisiones del enlace directo (808). Según la forma de realización de la presente invención que se ha descrito, se emplea codificación Turbo para codificar transmisiones de datos, mientras que opcionalmente se emplea codificación convolucional para codificar transmisiones de voz. Por último, se construye la siguiente supertrama que comprende una pluralidad de tramas/subtramas (en la etapa 810, según las operaciones de la figura 9). Una vez que se ha construido y transmitido la trama en el F-CH, la operación vuelve a la etapa 802.
La figura 9 es un diagrama lógico que ilustra el funcionamiento según la presente invención en la construcción de una supertrama. La estructura de la supertrama es conocida. Como se ha indicado anteriormente, la supertrama tiene una duración máxima para satisfacer los requisitos de las llamadas de voz. Además, la supertrama comprende una pluralidad de tramas, cada una de las cuales comprende una pluralidad de subtramas. Las tramas y las subtramas tienen duraciones y estructuras de alineación adecuadas para ofrecer las velocidades de transmisiones de datos particulares y cumplir con los requisitos de rendimiento de datos del sistema.
A continuación, se identifican los usuarios de voz que van a recibir servicio por medio de la supertrama (etapa 904). Como se ha descrito con referencia a la figura 1, una única supertrama presta servicio a una pluralidad de terminales de usuarios de voz 118, 120 y 122. Por lo tanto, la información de la comunicación de voz está contenida en la supertrama de cada uno de los terminales de usuario. Para cada usuario de voz identificado, se determina la velocidad de transmisión de datos que debe ser admitida por cada usuario de voz (etapa 906). La velocidad de transmisión de datos admitida también afecta al modo en que se asignan las transmisiones de usuarios de voz en la supertrama (por ejemplo, algunos terminales de usuario pueden compartir tramas). Si dos usuarios comparten una trama, se elige una velocidad de transmisión de datos que sea admitida por los terminales de usuario que comparten la trama. A continuación (etapa 908), se asignan tramas/subtramas para los usuarios de voz.
Una vez realizada la asignación de las tramas/subtramas a los usuarios de voz, se realiza la asignación a los usuarios de datos de velocidad variable. En la primera etapa de esta asignación, se identifican los usuarios de datos de velocidad variable (etapa 910). A continuación, basándose en los requisitos de nivel de servicio de cada uno de los usuarios de datos de velocidad variable (por ejemplo, QOS, IP, SQL, etc.), se determina a qué usuarios de datos de velocidad variable se asignarán tramas/subtramas de la supertrama actual. Como se ha descrito haciendo referencia a la figura 1, el F-CH es compartido por una pluralidad de terminales de usuario 106 a 116 que realizan comunicaciones de datos. De estos terminales de usuario 106 a 116, se determina a cuáles se van a asignar tramas/subtramas de la supertrama que se está construyendo, o si se van a asignar tramas/subtramas a la totalidad de los terminales de usuario 106 a 116.
Una vez que se han identificado los usuarios de datos de velocidad variable y determinado los requisitos de servicio de éstos, el resto de tramas/subtramas que no se han utilizado para las transmisiones de voz se asignan a los usuarios de datos de velocidad variable (etapa 912). A continuación, para cada usuario de datos de velocidad variable objeto de una asignación, se determina la correspondiente velocidad de transmisión de datos admitida (etapa 914). Las tramas/subtramas disponibles se asignan entonces a estos usuarios de datos de velocidad variable, basándose en las respectivas velocidades de transmisión de datos y las respectivas asignaciones (etapa 916). Como se ha descrito con referencia a las figuras 6A y 6B, los usuarios de voz y los usuarios de datos de velocidad variable que admiten las mismas velocidades de transmisión de datos pueden compartir tramas.
Con las asignaciones de los usuarios de voz y los usuarios de velocidad de transmisión de datos variable, la supertrama queda ocupada por voz y datos de velocidad variable según las asignaciones de las etapas 908 y 916 (etapa 918). A continuación, la supertrama se transmite en el F-CH a los usuarios (etapa 920). Las etapas de la figura 9 se repiten para cada una de las tramas subsiguientes.
La figura 10 es un diagrama de bloques que representa un ejemplo de un aparato para generar y procesar una supertrama según la presente invención que comprende comunicaciones de voz y de datos. La estación base que construye la supertrama dispondrá de los componentes ilustrados en la figura 10. Aunque los elementos de la figura 10 (y las figuras 11 y 12, también) se representan como elementos de circuito convencionales, algunas o todas las funciones de estos elementos pueden ser realizadas, por medio de instrucciones de software, por uno o más dispositivos de procesamiento digital (por ejemplo, un procesador de señales digitales, un microprocesador, etc.).
Las comunicaciones de voz y las comunicaciones de datos son recibidas por un multiplexor 1002. El multiplexor 1002 es sometido a control para que provea una comunicación de voz o una comunicación de datos cada vez al codificador 1004 en cualquier momento determinado. Como se ha descrito previamente con referencia a las figuras 2 a 7, una supertrama comprende comunicaciones de voz o datos destinadas a una pluralidad de terminales de usuario que son servidos por el F-CH. Por lo tanto, todas estas comunicaciones de voz o datos pasan a través del multiplexor 1002 y son recibidas por el codificador 1004. No obstante, el orden en que el multiplexor 1002 pasa estas comunicaciones de voz o datos al codificador 1004 depende de las posiciones asignadas de las comunicaciones de voz o datos dentro de la supertrama que se está construyendo. Las operaciones realizadas para determinar la estructura de la supertrama se han descrito en detalle con referencia a las figuras 8 y 9.
El codificador 1004 codifica el tren de bits de recibe. En una forma de realización, el codificador 1004 codifica todas las comunicaciones de voz y de datos mediante operaciones de codificación Turbo. No obstante, pueden emplearse otras formas de realización y técnicas de codificación, tales como la codificación convolucional de las comunicaciones de voz. Un operador de ajuste de la velocidad 1006 recibe el tren de bits codificado desde el codificador 1004 y realiza operaciones de repetición o eliminación selectiva para ajustar la velocidad de la salida.
Un entrelazador de canal 1008 recibe la salida del operador de ajuste de la velocidad 1006 y entrelaza la entrada recibida. El entrelazador de canal 1008 genera una salida entrelazada de la entrada recibida y transmite la salida a un modulador variable/asignador (mapper) 1010. Dependiendo de la velocidad de transmisión de datos de la trama/subtrama particular de la supertrama que se está generando, el modulador variable/asignador 1010 codifica el tren de bits según una técnica de codificación particular.
Un demultiplexor 1012 recibe la salida codificada del modulador variable/asignador 1010 y demultiplexa la salida codificada para generar 16 salidas. A continuación, estas 16 salidas se codifican con un conjunto de 16x16 códigos de Walsh mediante el codificador de Walsh 1014. Debido a que el F-CH que transmite la supertrama es un canal TDM, en cualquier momento la comunicación de voz o la comunicación de datos transmitida por el F-CH va dirigida solo a un terminal de usuario. El terminal de usuario decodifica a continuación una o más comunicaciones recibidas utilizando los 16 códigos de Walsh. Dicha decodificación realizada con la totalidad de los 16 códigos de Walsh da por resultado una decodificación que es significativamente mejor que la codificación realizada con un único código Walsh o un subconjunto de los 16 códigos de Walsh.
A continuación, la salida del codificador de Walsh 1014 se suma en un nodo de suma 1016 y después se multiplexa con la señal piloto codificada, el EDRI y los PCB en el multiplexor 1018. La señal piloto, el EDRI y los PCB, previamente descritos, se construyen y codifican por separado. En la forma de realización descrita, se realiza la eliminación selectiva en la señal piloto, el EDRI y los PCB para generar el tren de bits obtenido en el nodo de suma 1016 por medio del multiplexor 1018. Por lo tanto, algunos de los bits de voz/datos se pierden. Sin embargo, debido a la solidez de la codificación realizada por el codificador 1004, esta eliminación selectiva provoca una degradación mínima o nula del rendimiento.
La salida del multiplexor 1018 se modula con un código de ensanchamiento PN complejo en el modulador 1020, para distribuir la energía de la comunicación a través del espectro asignado. A continuación, la salida del modulador 1020 se facilita a una unidad RF y se transmite en el F-CH a una frecuencia portadora designada.
La figura 11 es un diagrama de bloques que representa otro ejemplo de un aparato para generar y procesar la estructura de supertramas de la presente invención, en el que cada trayectoria de datos de usuario puede ser parcialmente procesada por separado. La estructura del aparato de la figura 11 es parecida a la descrita haciendo referencia particular a la figura 10. No obstante, con la estructura de la figura 11, las diferentes funciones de codificación, ajuste de velocidad, entrelazado de canal y modulación reciben un tren de bits de voz/datos cada una. En el ejemplo de la figura 11, el codificador 1104A recibe la voz o los datos del usuario 1 y los codifica. El codificador 1104A utiliza una técnica de codificación adecuada para la voz o los datos recibidos desde el usuario 1. Por ejemplo, si el codificador 1104A recibe voz, entonces utiliza codificación convolucional para codificar los bits recibidos. En cambio, si el codificador 1104A recibe datos, entonces utiliza codificación Turbo para codificar los bits recibidos. Asimismo, los otros codificadores 1104B a 1104N (no representados) también utilizan técnicas de codificación adaptadas a la voz/datos recibidos desde los usuarios B a N.
Las salidas de los codificadores 1104A a 1104N se suministran entonces a los operadores de ajuste de velocidad 1106A a 1106N. Estos elementos realizan operaciones de repetición o eliminación selectiva para que sus salidas tengan la velocidad ajustada. Los entrelazadores de canal 1108A a 1108N reciben las salidas de los operadores de ajuste de velocidad 1106A a 1106N, respectivamente, y entrelazan las entradas recibidas. Los entrelazadores de canal 1108A a 1108N generan salidas entrelazadas que son transmitidas a los moduladores variables/asignadores 1110A a 1110N, respectivamente. Dependiendo de las respectivas velocidades de transmisión de datos de las salidas que se van a generar, los moduladores variables/asignadores 1110A a 1110N codifican los trenes de bits según las técnicas de codificación particulares.
Las salidas de los moduladores variables/asignadores 1110A a 1110N son multiplexadas por el multiplexor 1111 para generar símbolos complejos. Estos símbolos complejos son demultiplexados mediante el demultiplexor 1112, codificados mediante un codificador de Walsh 16x16 1114 y sumados en el nodo de suma 1116. A continuación, el multiplexor 1118 multiplexa la salida del nodo de suma 1116 con la señal piloto codificada, el EDRI y los PCB. La salida del multiplexor se modula, entonces, con un código de ensanchamiento PN complejo en el modulador 1120 y se envía a la unidad RF.
La figura 12 es un diagrama de bloques que representa un ejemplo de aparato para generar y procesar la estructura de supertramas de la presente invención, en el que las comunicaciones de voz y datos son parcialmente procesadas por separado. La estructura del aparato de la figura 12 es parecida a la descrita con referencia particular a las figuras 10 y 11. No obstante, con la estructura de la figura 12, las comunicaciones de voz y datos se codifican por separado y se someten a ajuste de velocidad antes de combinarse.
En el ejemplo de la figura 12, el multiplexor 1202A recibe y multiplexa una pluralidad de bits de usuarios de voz, mientras que el multiplexor 1202B recibe y multiplexa una pluralidad de bits de usuarios de datos. El codificador 1202A recibe la comunicación de voz multiplexada y utiliza una técnica de codificación adecuada para codificar las comunicaciones de voz (por ejemplo, codificación convolucional). Un operador de ajuste de velocidad 1206A recibe la salida del codificador 1204A y realiza operaciones de repetición o eliminación selectiva para generar una salida de velocidad ajustada.
Asimismo, el codificador 1204B recibe la comunicación de voz multiplexada y utiliza una técnica de codificación adecuada para codificar las comunicaciones de voz (por ejemplo, codificación Turbo). Un operador de ajuste de velocidad 1206B recibe la salida del codificador 1204A y realiza operaciones de repetición o eliminación selectiva para generar una salida de velocidad ajustada. El multiplexor 1207 multiplexa a continuación las comunicaciones de voz y datos codificadas y de velocidad ajustada.
El entrelazador de canal 1208 recibe la salida del multiplexor 1207 y entrelaza la comunicación recibida. El entrelazador de canal 1208 genera una salida entrelazada y la transmite a un modulador variable/asignador 1210 que modula la comunicación. Dependiendo de la velocidad de transmisión de datos que se desea obtener, el modulador variable/asignador 1210 codifica el tren de bits según las técnicas de codificación particulares.
A continuación, la salida del modulador variable/asignador 1210 se demultiplexa mediante el demultiplexor 1212, se codifica mediante un codificador de Walsh 16x16 1214 y se suma en el nodo de suma 1216. El multiplexor 1218 multiplexa la salida del nodo de suma 1216 con la señal piloto, el EDRI y los PCB codificados. Finalmente, la salida del multiplexor es modulada con un código de ensanchamiento PN complejo en el modulador 1220 y enviada a la unidad RF.
La figura 13 es un diagrama de bloques que ilustra una estación base 1302 construida según la presente invención, que realiza las operaciones descritas previamente en la presente memoria. La estación base 1302 es capaz de funcionar con un protocolo de tecnología CDMA (por ejemplo, IS-95A, IS-95B o IS-2000) o según diversas normas 3G y 4G que es compatible, o ha sido modificado para serlo, con las ideas y los principios de la presente invención. No obstante, en otras formas de realización, la estación base 1302 es capaz de funcionar con otras normas operativas.
La estación base 1302 comprende un procesador 1304, una RAM dinámica 1306, una RAM estática 1308, una memoria flash/EPROM 1310 y por lo menos un dispositivo de almacenamiento de datos 1312, tal como una unidad de disco duro, una unidad de disco óptico, una unidad de cinta magnética, etc. Estos componentes (que pueden estar contenidos en una tarjeta o módulo de procesamiento periférico) se acoplan entre sí por medio de un bus local 1317 y se acoplan con un bus periférico 1320 (que puede ser un panel posterior) por medio de una interfaz 1318. Diversas tarjetas periféricas se acoplan con el bus periférico 1320. Estas tarjetas periféricas comprenden una tarjeta de interfaz de infraestructura de red 1324, que acopla la estación base 1320 a la infraestructura de red inalámbrica 1350. Las tarjetas de procesamiento digital 1326, 1328 y 1330 se acoplan a las unidades de radiofrecuencia (RF) 1332, 1334 y 1336, respectivamente. Las unidades RF 1332, 1334 y 1336 se acoplan a las antenas 1342, 1344 y 1346, respectivamente, y permiten la comunicación inalámbrica entre la estación base 1302 y los terminales de usuario (representados en la figura 14). La estación base 1302 puede comprender otras tarjetas 1340 también.
En el dispositivo de almacenamiento 1312, se almacenan instrucciones de generación y transmisión de supertramas (SGTI) 1316. Las SGTI 1316 se descargan en el procesador 1304 y/o la DRAM 1306 como SGTI 1314 para su ejecución por el procesador 1304. Aunque las SGTI 1316 representadas se hallan dentro del dispositivo de almacenamiento 1312 contenido en la estación base 1302, las SGTI 1316 pueden cargarse en unos medios portátiles, tales como unos medios magnéticos, unos medios ópticos o unos medios electrónicos. Además, las SGTI 1316 pueden transmitirse electrónicamente desde un ordenador a otro a través de una trayectoria de comunicación de datos. Todas estas formas de realización de las SGTI están comprendidas dentro del sentido y el alcance de la presente invención. Tras la ejecución de las SGTI 1314, la estación base 1302 realiza las operaciones según la presente invención, descritas previamente en la presente memoria, para generar y transmitir supertramas de conformidad con la descripción de las figuras 1 a 12.
Las SGTI 1316 también pueden ser ejecutadas parcialmente por las tarjetas de procesamiento digital 1326, 1328 y 1330 u otros componentes de la estación base 1302. Además, la estructura de la estación base 1302 ilustrada sólo representa una de las numerosas estructuras de estación base diferentes que podrían utilizarse de conformidad con las ideas y los principios de la presente invención.
La figura 14 es un diagrama de bloques que ilustra un terminal de usuario 1402 construido según la presente invención, que realiza las operaciones descritas previamente en la presente memoria. El terminal de usuario 1402 es capaz de funcionar con un protocolo de tecnología CDMA (por ejemplo, IS-95A, IS-95B o IS-2000) o según diversas normas 3G y 4G que es compatible, o se ha modificado para serlo, con las ideas y los principios de la presente invención. No obstante, en otras formas de realización, el terminal de usuario 1402 es capaz de funcionar con otras normas operativas.
El terminal de usuario 1402 comprende una unidad RF 1404, un procesador 1406 y una memoria 1408. La unidad RF 1404 se acopla a una antena 1405 que puede estar situada dentro o fuera de la carcasa del terminal de usuario 1402. El procesador 1406 puede ser un circuito integrado de aplicación específica (ASIC) u otro tipo de procesador que sea operativo con el terminal de usuario 1402 según la presente invención. La memoria 1408 comprende componentes estáticos y dinámicos (por ejemplo, DRAM, SRAM, ROM, EEPROM, etc.). En algunas formas de realización, la memoria 1408 puede estar contenida en parte o por completo en un ASIC que también comprende el procesador 1406. La interfaz de usuario 1410 comprende una pantalla, un teclado, un altavoz, un micrófono y una interfaz de datos, y puede comprender otros componentes de interfaz de usuario. La unidad RF 1404, el procesador 1406, la memoria 1408 y la interfaz de usuario 1410 se acoplan por medio de uno o varios buses/enlaces de comunicación. La batería 1412 también se acopla y suministra energía a la unidad RF 1404, el procesador 1406, la memoria 1408 y la interfaz de usuario 1410.
En la memoria 1408, se almacenan instrucciones de recepción y respuesta de supertramas (SRRI) 1416. Las SRRI 1416 se descargan en el procesador 1406 como SRRI 1414 para ser ejecutadas por el procesador 1406. En algunas formas de realización, la unidad RF 1404 también puede ejecutar parcialmente las SRRI 1416. Las SRRI 1416 pueden programarse en el terminal de usuario 1402 en el momento de la fabricación, durante una operación de prestación de servicio, tal como una operación de prestación de servicio por aire, o durante una operación de actualización de parámetros. La estructura del terminal de usuario 1402 ilustrada solo constituye un ejemplo de estructura de terminal de usuario. Es posible utilizar muchas estructuras de terminales de usuario diferentes según las ideas y los principios de la presente invención.
Tras la ejecución de las SRRI 1414, el terminal de usuario 1402 realiza las operaciones según la presente invención, descritas previamente en la presente memoria, para recibir una estructura de supertramas según la presente invención. Estas operaciones comprenden partes de decodificación de la supertrama destinada al terminal de usuario 1402 y de respuesta a la estación base que presta el servicio, por ejemplo, la estación base 1302, para indicar la calidad del canal. Las operaciones realizadas por el terminal de usuario 1402 en la recepción de la supertrama y la extracción de la información deseada son conocidas de forma general. Las operaciones necesarias adicionales de recepción e interpretación del EDRI primario y el EDRI secundario resultarán evidentes basándose en las ideas y principios de la presente memoria. Además, también se ejecutan otras de estas operaciones para transmitir indicaciones de la calidad del canal o indicaciones de la velocidad de transmisión de datos máxima admisible a la estación base 1302 que presta servicio en el correspondiente enlace inverso.
La invención descrita en la presente memoria admite diversas modificaciones y formas alternativas. Por consiguiente, las formas de realización específicas descritas constituyen ejemplos tanto en los dibujos como en la descripción detallada. No obstante, debe tenerse en cuenta que los dibujos y la descripción detallada de los mismos no pretenden limitar la presente invención a la forma particular dada a conocer, sino que, por el contrario, la presente invención pretende comprender todas las modificaciones, equivalencias y alternativas comprendidas dentro del alcance de la presente invención definido por las reivindicaciones.

Claims (10)

1. Procedimiento para la transmisión inalámbrica de comunicaciones de voz y comunicaciones de datos desde una estación base (102) hasta una pluralidad de terminales de usuario (106 a 122) mediante un solo operador de telefonía inalámbrica, en un formato de espectro ensanchado y multiplexación por división en el tiempo, caracterizado por las etapas siguientes:
identificar un primer conjunto de terminales de usuario de la pluralidad de terminales de usuario que requieren el servicio de comunicación de voz (904);
identificar un segundo conjunto de terminales de usuario de la pluralidad de terminales de usuario que solicitan el servicio de comunicación de datos (910);
para cada uno de los terminales de usuario del primer conjunto, asignar una parte de una supertrama multiplexada por división en el tiempo (908);
para cada uno de los terminales de usuario del primer conjunto, determinar una respectiva velocidad de transmisión de datos admitida teniendo en cuenta las condiciones actuales del canal (906) respectivo;
determinar un subconjunto del segundo conjunto de terminales de usuario que van a recibir el servicio mediante la supertrama multiplexada por división en el tiempo (912);
para cada uno de los terminales de usuario del subconjunto del segundo conjunto, asignar una parte de la supertrama multiplexada por división en el tiempo (916);
para cada uno de los terminales de usuario del subconjunto del segundo conjunto, determinar una respectiva velocidad de transmisión de datos admitida teniendo en cuenta las condiciones actuales del canal (914) respectivo;
formar la supertrama multiplexada por división en el tiempo (918) para que comprenda:
comunicaciones de voz para cada uno de los terminales de usuario del primer conjunto, en las que la duración de tiempo dentro de la supertrama ocupada por cada comunicación de voz corresponde directamente a una respectiva velocidad de transmisión de datos admitida; y
comunicaciones de datos para cada uno de los terminales de usuario del subconjunto del segundo conjunto, en las que la duración de tiempo dentro de la supertrama ocupada por cada comunicación de datos corresponde directamente a una respectiva velocidad de transmisión de datos admitida; y
transmitir la supertrama multiplexada por división en el tiempo desde la estación base en un formato de espectro ensanchado (920).
2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque las supertramas dispuestas en secuencia se transmiten a una velocidad periódica suficiente como para adaptarse a los requisitos de latencia de las comunicaciones de voz.
3. Procedimiento según la reivindicación 2, caracterizado porque las supertramas dispuestas en secuencia se transmiten a intervalos de 20 milisegundos.
4. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque la supertrama comprende una pluralidad de tramas de datos, transmitiendo por lo menos una de ellas comunicaciones de datos para por lo menos dos terminales de usuario.
5. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque:
la supertrama se ensancha con una pluralidad de códigos ortogonales antes de ser transmitida; y
a cada terminal de usuario de destino le corresponde un número de códigos ortogonales de la pluralidad de códigos ortogonales.
6. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque todas las partes de la supertrama se ensanchan con una única pluralidad de códigos ortogonales.
7. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque comprende las etapas siguientes:
formar y transmitir en secuencia una pluralidad de supertramas; y
\newpage
formar cada supertrama de la pluralidad de supertramas, de tal forma que ésta pueda transmitir comunicaciones de voz para el primer conjunto de terminales de usuario; y
para cada supertrama particular de la pluralidad de supertramas que no está ocupada por respectivas comunicaciones de voz, formar la supertrama particular, de tal forma que pueda transmitir comunicaciones de datos para por lo menos algunos terminales de usuario del segundo conjunto.
8. Estación base caracterizada porque presenta unos medios adaptados para realizar todas las etapas del procedimiento según la reivindicación 1.
9. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque la supertrama comprende información que indica:
las respectivas identidades de los terminales de usuario para las comunicaciones de voz y las comunicaciones de datos transmitidas por la supertrama; y
los respectivos indicadores de las velocidades de transmisión de datos para las comunicaciones de voz y las comunicaciones de datos transmitidas por la supertrama.
10. Red celular inalámbrica que utiliza una supertrama de espectro ensanchado multiplexada por división en el tiempo que adopta la forma de realización de una onda portadora que transmite comunicaciones de voz y comunicaciones de datos para una pluralidad de terminales de usuario, caracterizada porque presenta:
un primer conjunto de terminales de usuario de la pluralidad de terminales de usuario que desean el servicio de comunicación de voz;
un segundo conjunto de terminales de usuario de la pluralidad de terminales de usuario que desean el servicio de comunicación de datos;
una respectiva velocidad de transmisión de datos admitida para cada uno de los terminales de usuario del primer conjunto y del segundo conjunto;
comprendiendo la supertrama:
una pluralidad de tramas que transmite comunicaciones de voz, en la que la pluralidad de tramas transmite una comunicación de voz para cada uno de los terminales de usuario del primer conjunto, y correspondiendo la duración de tiempo dentro de la supertrama de cada comunicación de voz directamente a una respectiva velocidad de transmisión de datos admitida; y
una pluralidad de tramas que transmite comunicaciones de datos, en la que la pluralidad de tramas transmite una comunicación de datos para cada uno de los terminales de usuario del subconjunto del segundo conjunto, y correspondiendo la duración de tiempo dentro de la supertrama de cada comunicación de datos directamente a una respectiva velocidad de transmisión de datos admitida; y
siendo transmitida la supertrama por una estación base en un formato de espectro ensanchado y multiplexación por división en el tiempo.
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