ES2347417T3

ES2347417T3 - Procedimiento y aparato para proporcionar servicios empaquetados de voz y de datos en tiempo real por una red inalambrica de comunicaciones.

Info

Publication number: ES2347417T3
Application number: ES01964042T
Authority: ES
Inventors: Nikolai K. N. Leung
Original assignee: Qualcomm Inc
Current assignee: Qualcomm Inc
Priority date: 2000-08-22
Filing date: 2001-08-14
Publication date: 2010-10-29
Anticipated expiration: 2021-08-14
Also published as: EP1312192A2; JP2004507934A; WO2002017592A2; CN1593047A; AU2001284940A1; JP2012010349A; WO2002017592A3; ATE476820T1; BR0113418A; KR100856384B1; DE60142741D1; US6879581B1; KR20030027961A; TW536893B; CN1593047B; JP5139566B2; EP2197177A1; EP1312192B1

Abstract

Un procedimiento para transportar datos en tiempo real por una red (24) conmutada por paquetes y por una red (22) conmutada por circuitos, que comprende las etapas de: recibir un paquete de protocolo de Internet (IP) procedente de la red (24) conmutada por paquetes en un punto designado en la red (22) conmutada por circuitos; generar un paquete de carga útil de datos; alinear el paquete de carga útil de datos con una trama conmutada por circuitos; transportar por el aire la trama conmutada por circuitos hasta un dispositivo inalámbrico (12a-d) de comunicaciones; extraer el paquete de carga útil de datos de la trama conmutada por circuitos en el dispositivo inalámbrico (12a-d) de comunicaciones; y generar un nuevo paquete de IP a partir del paquete de carga útil de datos.

Description

Procedimiento y aparato para proporcionar servicios empaquetados de voz y de datos en tiempo real por una red inalámbrica de comunicaciones.

Antecedentes I. Campo de la invención

La presente invención versa acerca de comunicaciones de voz y de datos. Más en particular, la presente invención versa acerca de un procedimiento novedoso y mejorado y un aparato para transmitir tráfico de voz y tráfico de datos empaquetados por redes inalámbricas de comunicaciones.

II. Descripción de la técnica relacionada

Se requiere un sistema de comunicaciones para los tiempos modernos para soportar una variedad de aplicaciones. Un sistema de comunicaciones tal es un sistema de acceso múltiple por división de código (CDMA) que se atiene al "TIA/EIA/IS-95 Mobile Station-Base Station Compatibility Standard for Dual-Mode Wideband Spread Spectrum Cellular System", denominado más adelante el estándar IS-95, o un sistema de CDMA que se atiene al "TIA/EIA/IS-2000-2 Physical Layer Standard for cdma2000 Spread Spectrum Systems", denominado más adelante el estándar IS-2000. Otro estándar de CDMA es el estándar de W-CDMA, como se implementa en los documentos del Proyecto de Asociación de 3ª Generación "3GPP" n^{os} 3G TS 25.211, 3G TS 25.212, 3G TS 25.213, y 3G TS 25.214. Un sistema de CDMA permite las comunicaciones de voz y de datos entre usuarios por un enlace terrestre. Se da a conocer el uso de las técnicas de CDMA en un sistema de comunicaciones de acceso múltiple en la patente U.S. nº 4.901.307, titulada "SPREAD SPECTRUM MULTIPLE ACCESS COMMUNICATION SYSTEM USING SATELLITE OR TERRESTRIAL REPEATERS", y en la patente U.S. nº 5.103.459, titulada "SYSTEM AND METHOD FOR GENERATING WAVEFORMS IN A CDMA CELLULAR TELEPHONE SYSTEM", ambas transferidas al cesionario de la presente invención e incorporadas por referencia en el presente documento. Otros ejemplos de sistemas de comunicaciones son los sistemas de acceso múltiple por división de tiempo (TDMA) y los sistemas de acceso múltiple por división de frecuencia (FDMA).

En la presente memoria, estación base hace referencia al hardware con el que se comunican las estaciones remotas. Célula hace referencia al hardware o al área geográfica de cobertura, dependiendo del contexto en el que se utilice el término. Un sector es una partición de una célula. Debido a que un sector de un sistema de CDMA tiene los atributos de una célula, las enseñanzas descritas en términos de células son fácilmente aplicables a sectores.

En un sistema de CDMA, las comunicaciones entre los usuarios se llevan a cabo por medio de una o más estaciones base. Un primer usuario en una estación remota se comunica con un segundo usuario en una segunda estación remota al transmitir datos por el enlace inverso a una estación base. La estación base recibe los datos y puede encaminar los datos a otra estación base. Se transmiten los datos por el enlace directo de la misma estación base, o de una segunda estación base, a la segunda estación remota. El enlace directo hace referencia a la transmisión desde la estación base a una estación remota y el enlace inverso hace referencia a la transmisión desde la estación remota a una estación base. En los sistemas IS-95 e IS-2000 de modo FDD, se asignan distintas frecuencias al enlace directo y al enlace inverso.

Dada la creciente demanda de aplicaciones inalámbricas de datos, la necesidad de sistemas inalámbricos de comunicaciones de datos muy eficaces se ha vuelto cada vez más significativa. Los estándares IS-95 e IS-2000 son capaces de transmitir tráfico de datos y tráfico de voz por los enlaces directo e inverso. Se describe con detalle un procedimiento para transmitir tráfico de datos en tramas del canal de codificación de tamaño fijo en la patente U.S. nº 5.504.773, titulada "METHOD AND APPARATUS FOR THE FORMATTING OF DATA FOR TRANSMISSION", transferida al cesionario de la presente invención e incorporada por referencia en el presente documento.

Una diferencia significativa entre los servicios de tráfico de voz y los servicios de tráfico de datos es el hecho de que el primero impone requerimientos estrictos de retraso máximo. Normalmente, el retraso total unidireccional de tramas de tráfico de voz debe ser menos de 100 mseg. En cambio, se puede permitir que el retraso de tramas de tráfico de datos varíe para optimizar la eficacia del sistema de comunicaciones de datos. Específicamente, se pueden utilizar técnicas más eficaces de codificación de corrección de errores, que requieren retrasos significativamente mayores que los que pueden tolerar los servicios de tráfico de voz. Se da a conocer un sistema ejemplar de codificación eficaz para datos en la solicitud de patente U.S. con nº de serie 08/743.688, titulada "SOFT DECISION OUTPUT DECODER FOR DECODING CONVOLUTIONALLY ENCODED CODEWORDS", presentada el 6 de noviembre de 1996, transferida al cesionario de la presente invención e incorporada por referencia en el presente documento.

Otra diferencia significativa entre el tráfico de voz y el tráfico de datos es que el primero requiere un grado de servicio (GOS) fijo y común para todos los usuarios. Normalmente, para sistemas digitales que proporcionan servicios de tráfico de voz, esto se traduce en una tasa de transmisión fija e igual para todos los usuarios y una tasa máxima de error tolerable para las tramas de tráfico de voz. En cambio, debido a la disponibilidad de los protocolos de retransmisión para los servicios de tráfico de datos, el GOS puede ser distinto de usuario a usuario y puede variar en para aumentar la eficacia total del sistema de comunicaciones de datos. Normalmente, el GOS de un sistema de comunicaciones de tráfico de datos está definido como el retraso total sufrido en la transferencia de una cantidad predeterminada de datos.

Aún otra diferencia significativa entre los servicios de tráfico de voz y los servicios de tráfico de datos es que el primero requiere un enlace fiable de comunicaciones que, en el sistema ejemplar de comunicaciones de CDMA, está proporcionado por medio de una transferencia de llamada suave. La transferencia de llamada suave tiene como resultado transmisiones redundantes de dos o más estaciones base para mejorar la fiabilidad. Sin embargo, no se requiere esta mayor fiabilidad para la transmisión de tráfico de datos debido a que los paquetes de datos recibidos con error pueden ser retransmitidos. Para los servicios de tráfico de datos, se puede utilizar de forma más eficaz la potencia de transmisión utilizada para soportar una transferencia de llamada suave para transmitir datos adicionales.

Existen diversos protocolos para transmitir tráfico empaquetado por redes de conmutación de paquetes, de forma que la información llegue a su destino previsto. Un protocolo tal es "The Internet Protocol", RFC 791 (septiembre, 1981). El protocolo de Internet (IP) divide los mensajes en paquetes, encamina los paquetes desde un emisor a un destino, y recompone los paquetes en los mensajes originales en el destino. El protocolo IP requiere que cada paquete de datos comience con campos de dirección de origen y de destino que contienen la cabecera de IP que identifican de forma única los ordenadores anfitrión y de destino. El protocolo de control de transmisión (TCP), promulgado en RFC 793 (septiembre, 1981), es responsable de la entrega fiable en orden de datos de una aplicación a otra. El protocolo de datagrama de usuario (UDP) es un protocolo más sencillo que es útil cuando no son necesarios los mecanismos de fiabilidad del TCP. Para servicios de tráfico de voz sobre IP, no son necesarios los mecanismos de fiabilidad del TCP porque la retransmisión de paquetes de voz no es eficaz debido a las limitaciones de retraso. Por lo tanto, normalmente se utiliza el UDP para transmitir tráfico de voz.

Además, dado que el tráfico de voz es sensible al tiempo, se requiere otro protocolo para distribuir tráfico sensible al tiempo. El protocolo de transporte en tiempo real (RTP), promulgado en RFC 1889, utiliza información de secuencia para determinar el orden de llegada de los paquetes y utiliza la información de marcas de tiempo para corregir defectos de alineación en el tiempo entre llegadas de paquetes, que es denominado fluctuación de fase. Se puede considerar la fluctuación de fase como la diferencia entre el momento en el que se espera un paquete y el momento en el que llega realmente el paquete. Se utiliza una cabecera de RTP junto con cabeceras de UDP e IP para proporcionar servicios de tráfico de voz por redes de conmutación de paquetes. La cabecera de IP/UDP/RTP tiene una longitud de 40 bytes, que es un porcentaje significativo del paquete de IP propiamente dicho. En un enlace lento de comunicaciones, la sobrecarga requerida para transmitir cabeceras de IP/UDP/RTP puede no ser aceptable para los usuarios finales.

Se llama la atención adicionalmente al documento US-A-5 781 547, que da a conocer un dispositivo de encaminamiento que comprende un controlador de dispositivo de encaminamiento acoplado a una interfaz de conmutación de paquetes y una interfaz multiplexada por división de tiempo de conmutación de circuitos. El dispositivo de encaminamiento permite que se transmitan datos entramados de paquetes a través de un sistema conmutado por circuitos. El controlador del dispositivo de encaminamiento utiliza la información de la dirección de llegada incluida con los datos entramados de paquetes de llegada para encaminar paquetes de llegada a canales temporales asociados de llegada. En cambio, el controlador del dispositivo de encaminamiento determina la información de dirección de salida para paquetes de salida en base a las identificaciones de los canales temporales asociados de salida. Se puede incorporar tal dispositivo de encaminamiento en un sistema de comunicaciones. Los emplazamientos que transmiten y reciben datos entramados de paquetes están acoplados a un conmutador digital de interconexión conmutada por circuitos por medio de los dispositivos de encaminamiento. Un controlador del sistema controla el conmutador digital de interconexión conmutado por circuitos de forma que los canales temporales asociados de llegada son retransmitidos a al menos los canales temporales asociados de salida.

También se llama la atención al documento WO 99/62223, que da a conocer un procedimiento y una arquitectura para transmitir datos digitales empaquetados por una red de datos conmutada por circuitos. En llamadas de paquetes de datos, la entidad receptora identifica inicialmente la llamada de datos empaquetados como de la variedad conmutada por circuitos, permitiendo de ese modo un procesamiento adicional de la llamada utilizando una infraestructura conmutada por circuitos. En base a la información de identificación incluida en los paquetes recibidos de datos, la entidad receptora identifica subsiguientemente la llamada como de formato de paquetes de datos, y encamina los paquetes de datos de carga útil a las capas superiores de la pila de protocolos de la entidad receptora. Entonces, la capa de la red encamina los paquetes de datos directamente a la red de datos conectada (tal como Internet), obviando un procesamiento normal de llamada conmutado por circuitos. Por consiguiente, se puede hacer que una infraestructura no equipada para gestionar paquetes de datos pueda hacerlo de forma eficaz y fiable, utilizando únicamente opciones existentes de servicio de telefonía móvil y un módulo de función de interconexión (IWF) unificadas. La quiescencia de la unidad móvil está soportada en llamadas de paquetes de datos terminadas en móvil por medio del uso de una segunda opción existente de servicio celular para un aviso de llamadas y la identificación de la llamada.

Finalmente, se llama la atención al documento WO 97/16007, que versa acerca de un sistema de telecomunicaciones. En particular, versa acerca de un sistema telefónico operado por medio de una red de ordenadores y acerca de un procedimiento para su control. Se concibe un sistema de telecomunicaciones, en el que se transmiten las llamadas en una red de ordenadores conmutada por paquetes desde un ordenador a otro, desde una red de ordenadores a una red telefónica pública y viceversa.

Resumen de la invención

Según la presente invención, se proporcionan un procedimiento para transportar datos en tiempo real, como se expone en las reivindicaciones 1 y 10, un dispositivo inalámbrico de comunicaciones, como se expone en la reivindicación 13, y un aparato para transportar datos en tiempo real, como se expone en las reivindicaciones 14 y 15. Se reivindican las realizaciones en las reivindicaciones dependientes.

Se presenta un procedimiento novedoso y mejorado y un aparato para proporcionar servicios de voz y de datos empaquetados en tiempo real al comprimir cabeceras de IP/UDP/RTP, en el que el procedimiento comprende las etapas de: recibir un paquete de protocolo de Internet (IP) de la red conmutada por paquetes en un punto designado en la red conmutada por circuitos; generar un paquete de carga útil de datos; alinear el paquete de carga útil de datos con una trama conmutada por circuitos; transportar la trama conmutada por circuitos por vía aérea a un dispositivo inalámbrico de comunicaciones; extraer el paquete de carga útil de datos de la trama conmutada por circuitos en el dispositivo inalámbrico de comunicaciones; y generar un nuevo paquete de IP a partir del paquete de carga útil de datos.

En un aspecto de una realización, se generan tramas nulas para sustituir paquetes corrompidos de IP y mantener, de esta manera, la sincronía en el flujo de secuencia.

En otro aspecto, se generan los paquetes de carga útil de datos al eliminar toda la información de la cabecera.

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Breve descripción de los dibujos

Las características, objetivos y ventajas de la presente invención serán más evidentes a partir de la descripción detallada expuesta a continuación cuando se toma en conjunto con los dibujos en los que los caracteres de referencia similares son identificativas en todo el documento y en las que:

La Fig. 1 es un diagrama de un sistema ejemplar de comunicaciones inalámbricas;

la Fig. 2 es un diagrama de una pila de protocolos para transmitir paquetes de datos por una red inalámbrica de comunicaciones;

la Fig. 3 es un diagrama de una pila de protocolos para transmitir servicios de paquetes de datos en tiempo real por una red inalámbrica de comunicaciones;

la Fig. 4 es un diagrama de flujo de un procedimiento de inicialización para una estación móvil que entra en el alcance de un PDSN;

la Fig. 5 es un diagrama de flujo de una transmisión de enlace directo de servicios de paquetes de datos en tiempo real; y

la Fig. 6 es un diagrama de flujo de una transmisión de enlace inverso de servicios de paquetes de datos en tiempo real.

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Descripción detallada de las realizaciones preferentes

Como se ilustra en la Fig. 1, una red inalámbrica 10 de comunicaciones incluye generalmente una pluralidad de estaciones móviles (también denominadas unidades de abonado o equipos de usuario) 12a-12d, una pluralidad de estaciones base (también denominadas transceptores de estación base (BTS) o Nodo B) 14a-14c, un controlador de estación base (BSC) (también denominado controlador de red de radio o función 16 de control de paquetes), un controlador de estación móvil (MSC) o conmutador 24, un nodo servidor de paquetes de datos (PDSN) o función de interconexión (IWF) 20, una red pública de conmutación telefónica (PSTN) 22 (normalmente una compañía telefónica), y una red 18 de Protocolo de Internet (IP) (normalmente Internet). En aras de la sencillez, se muestran cuatro estaciones móviles 12a-12d, tres estaciones base 14a-14c, un BSC 16, un MSC 18, y una PDSN 20. Los expertos en la técnica comprenderán que puede haber cualquier número de estaciones móviles 12, de estaciones base 14, de BSC 16, de MSC 18 y de PDSN 20.

En una realización, la red inalámbrica 10 de comunicaciones es una red de servicios de paquetes de datos. Las estaciones móviles 12a-12d pueden tener un número cualquiera de distintos tipos de dispositivos inalámbricos de comunicaciones, tales como un teléfono portátil, un teléfono móvil que está conectado a un ordenador portátil que corre aplicaciones de explorador de Web basadas en IP, un teléfono móvil con kits para coches asociados de manos libres, una agenda electrónica (PDA) que corre aplicaciones de explorador de Web basadas en IP, un módulo de comunicaciones inalámbricas tal como el que se encuentra en un bucle local inalámbrico o en un sistema de lectura de mediciones. En la realización más general, las estaciones móviles pueden ser de cualquier tipo de unidad inalámbrica de comunicaciones.

De forma ventajosa, las estaciones móviles 12a-12d pueden estar configuradas para llevar a cabo uno o más protocolos inalámbricos de paquetes de datos tal como se describe, por ejemplo, en el estándar EIA/TIA/IS-707. En una realización particular del estándar IS-707, las estaciones móviles 12a-12d generan paquetes de IP destinados a la red 24 de IP y encapsulan los paquetes de IP en tramas utilizando un protocolo punto a punto (PPP).

En una realización, la red 24 de IP está acoplada a la PDSN 20, la PDSN 20 está acoplada al MSC 18, el MSC está acoplado al BSC 16 y a la PSTN 22, y el BSC 16 está acoplado a las estaciones base 14a-14c por medio de líneas alámbricas configuradas para la transmisión de paquetes de voz y/o de datos según cualquiera de varios protocolos conocidos, incluyendo, por ejemplo, E1, T1, Modo de transferencia asincrónico (ATM), IP, PPP, retransmisión de tramas, HDSL, ADSL o xDSL. En una realización alternativa, el BSC 16 está acoplado directamente a la PDSN 20, y el MSC 18 no está acoplado a la PDSN 20. En otra realización, las estaciones móviles 12a-12d se comunican con las estaciones base 14a-14c por una interfaz de RF definida en el Proyecto 2 de Asociación de 3ª Generación "3GPP2", "Physical Layer Standard for cdma2000 Spread Spectrum Systems", documento 3GPP2 nº C.P0002-A, TIA PN-4694, que ha de ser publicado como TIA/EIA/IS-2000-2-A, (borrador, versión de edición 30) (19 de noviembre de 1999), que está incorporado por completo en el presente documento por referencia. En otra realización las estaciones móviles 12a-12d se comunican con las estaciones base 14a-14c por una interfaz de RF definida en los sistemas de TDMA, de WCDMA, de FDMA.

Durante la operación típica de la red inalámbrica 10 de comunicaciones, las estaciones base 14a-14c reciben y desmodulan conjuntos de señales de enlace inverso de diversas estaciones móviles 12a-12d ocupadas en llamadas telefónicas, exploración de Web, u otras comunicaciones de datos. Cada señal de enlace inverso recibida por una estación base dada 14a-14c está procesada en esa estación base 14a-14c. Cada estación base 14a-14c puede comunicarse con una pluralidad de estaciones móviles 12a-12d al modular y transmitir conjuntos de señales de enlace directo a las estaciones móviles 12a-12d. Por ejemplo, como se muestra en la Fig. 1, la estación base 14a se comunica con las estaciones móviles primera y segunda 12a, 12b de forma simultánea, y la estación base 14c se comunica con las estaciones móviles tercera y cuarta 12c, 12d de forma simultánea. Los paquetes resultantes son enviados al BSC 16, que proporciona una asignación de recursos de llamadas y una funcionalidad de gestión de la movilidad incluyendo la coordinación de transferencias de llamada suave de una llamada para una estación móvil particular 12a-12d de una estación base 14a-14c a otra estación base 14a-14c. Por ejemplo, una estación móvil 12c se comunica con dos estaciones base 14b, 14c de forma simultánea. Finalmente, cuando la estación móvil 12c se ha alejado lo suficiente de la estación base 14c de origen, la llamada será transferida a la estación base 14b de destino.

Si la transmisión es una llamada telefónica convencional, el BSC 16 encaminará los datos recibidos al MSC 18, que proporciona servicios adicionales de encaminamiento para una interconexión con el PSTN 22. Si la transmisión es una transmisión basada en paquetes, tal como una llamada de datos destinada para la red 24 de IP, el MSC 18 encaminará los paquetes de IP a la PDSN 20, que enviará los paquetes de IP a la red 24 de IP. De forma alternativa, el BSC 16 encaminará los paquetes directamente a la PDSN 20, que envía los paquetes a la red 24 de IP.

En un sistema de CDMA, el enlace directo comprende al menos un canal piloto y una pluralidad de canales de tráfico, en el que cada canal está disperso por una función de Walsh o cuasiortogonal apropiada. Entonces, se dispersa cada canal por un par de cuadratura de secuencias de pseudorruido (PN) a una velocidad fija de chip de 1,2288 Mcps. El uso de códigos de Walsh y de secuencias de PN permite que una estación base genere múltiples canales de CDMA de enlace directo. En un sistema de CDMA de múltiples canales, tal como uno descrito por el estándar IS-2000, los canales de enlace directo pueden comprender múltiples canales, incluyendo pero no limitados a, canales piloto, canales de sincronización, canales de aviso de llamadas, canales de radiodifusión, canales de asignación, canales de control comunes de potencia, canales de control comunes, canales de control dedicados, canales fundamentales, canales suplementarios, y canales de código suplementarios.

Los canales de tráfico inverso también pueden comprender múltiples canales, incluyendo pero no limitados a canales de acceso, canales de control comunes, canales fundamentales, canales suplementarios, y canales de código suplementarios, según está especificado por las configuraciones de radio de cada red individual de abonados que implementa el IS-2000.

Cada canal está construido físicamente para conseguir distintos objetivos de funcionalidad. Por ejemplo, un canal piloto puede ser disperso simplemente utilizando un código de Walsh "W_{0}" pero un canal de sincronización es una señal de espectro amplio codificada, entrelazada, dispersa y modulada. Los otros canales de enlace directo e inverso también son señales de espectro amplio codificadas, entrelazadas, dispersas y moduladas, pero manipuladas con diversos valores para satisfacer los diversos requerimientos impuestos por el estándar apropiado de telecomunicaciones.

La transmisión de paquetes de datos de la red de IP por una red inalámbrica de comunicaciones puede llevarse a cabo mediante la adhesión a un conjunto de protocolos, tal como a una pila de protocolos ilustrada en la Fig. 2. La transmisión de paquetes de datos según la pila de protocolos de la Fig. 2 será denominada más adelante como la Opción de Servicio de Paquetes de Datos (PDSO). En la Fig. 2, un dispositivo inalámbrico 200 de comunicaciones se comunica con una estación base (BS)/nodo servidor de paquetes de datos (PDSN) 220 por medio de una interfaz Um. Como se ha expuesto anteriormente, el dispositivo inalámbrico 200 de comunicaciones puede ser el origen o el destino del paquete de IP, o de forma alternativa, el dispositivo inalámbrico 200 de comunicaciones puede ser un enlace transparente a un dispositivo electrónico 210. En cualquier caso, se divide la información de carga útil en paquetes en los que se añade información de cabecera a cada paquete. La cabecera 212 de IP se sitúa encima de la capa 214 de PPP, que se sitúa encima de la capa 216 de RLP, que se sitúa encima de la capa física 218. La capa 216 de RLP es la capa de Protocolo de radioenlace, que es responsable para retransmitir paquetes cuando se produce un error en la transmisión. Los paquetes son transportados por el aire a un BS/PDSN 220, en el que se envía el paquete por la red 230 de IP.

A menudo se utiliza la compresión de la cabecera en los sistemas inalámbricos de comunicaciones para mejorar el ancho de banda y la eficiencia de energía del enlace al aumentar el porcentaje del enlace utilizado para la carga útil de información. Por desgracia, debido a la naturaleza de los sistemas inalámbricos de comunicaciones, no son infrecuentes las interrupciones temporales en la entrega de paquetes de información. La incidencia de cualquier interrupción tal puede provocar retrasos significativos debidos a la necesidad de retransmitir un paquete de resincronización para resincronizar un descompresor de cabecera en un dispositivo objetivo y una necesidad para volver a negociar los parámetros del tráfico entre el extremo del compresor de cabecera y el extremo del descompresor de cabecera. Existe una necesidad presente de reducir la cantidad de retraso provocada por la transmisión de información de cabecera, y para aumentar en consecuencia la tasa salida de datos del sistema. La necesidad de aumentar la tasa de salida de datos siempre está presente en los sistemas modernos de comunicaciones que soportan una variedad de aplicaciones.

En una realización ejemplar, el tráfico empaquetado de datos y el tráfico empaquetado de voz son transportados por una red inalámbrica de comunicaciones al obviar de forma selectiva las medidas de fiabilidad dentro de la capa de RLP. Se encapsula el tráfico empaquetado de datos y el tráfico empaquetado de voz en paquetes de carga útil de datos que tienen el mismo tamaño que las tramas de datos diseñadas para servicios convencionales de voz conmutados por circuitos. Más adelante, el tráfico empaquetado de datos y el tráfico empaquetado de voz serán denominados paquetes de IP. Por ejemplo, en un sistema IS-95 de CDMA, se transmite el tráfico de voz en tramas de datos de 20 ms generadas por el codificador vocal. En un sistema IS-2000, se transmite el tráfico de voz en tramas de datos de duración de 5 ms, de 20 ms, de 40 ms o de 80 ms. Por lo tanto, los paquetes de IP en la realización ejemplar son llevados en paquetes de carga útil de datos que están alineados con las tramas de datos del sistema inalámbrico de comunicaciones. El alineamiento de los paquetes de IP con las tramas de datos del sistema inalámbrico de comunicaciones es ventajoso dado que el sistema inalámbrico de comunicaciones ya está diseñado para implementar un entramado de la voz eficiente en cuanto a la capacidad.

Para lograr el alineamiento de los paquetes de carga útil de datos con las tramas de codificador vocal del sistema inalámbrico de comunicaciones, se comprimen las cabeceras de IP/UDP/RTP de las tramas de paquetes de IP. En una realización ejemplar, la compresión adopta la forma de eliminar las cabeceras de IP/UDP/RTP de los paquetes de IP, de forma que las tramas de codificadores vocales transportan paquetes de carga útil de datos que están alineados con las tramas de los codificadores vocales. Tras la recepción, se generan nuevas cabeceras y se adjuntan a la carga útil por medio del dispositivo inalámbrico de comunicaciones.

El propósito de los protocolos IP/UDP/RTP es garantizar una entrega fiable de paquetes entre un punto de origen y un destino. Sin embargo, en una sesión de comunicaciones en la que se transportan los servicios de voz o de vídeo por una red conmutada por paquetes y por una red conmutada por circuitos, la realización ejemplar omite a propósito las protecciones de fiabilidad resultantes de estos protocolos para implementar una técnica de recuperación de errores en un sistema inalámbrico de comunicaciones. En un aspecto de la realización, los paquetes de IP están alineados en tramas de codificador vocal de datos y están transportados por el aire hasta un extremo receptor. Si se pierde un paquete de la red de IP, se puede generar una trama nula para sustituir el paquete perdido. Una trama nula es una trama codificada especialmente que identifica al dispositivo inalámbrico de comunicaciones que se perdió la trama original de la red de IP. La recepción de una trama nula inicia las técnicas de recuperación de errores tal como la repetición de tramas no nulas anteriores o la interpolación de datos de tramas adyacentes. El uso de técnicas de recuperación de errores reduce el retraso temporal de enviar solicitudes para la retransmisión de tramas perdidas y la propia retransmisión de las tramas perdidas. Además, el uso de tramas nulas permite que el decodificador en un extremo de recepción mantenga la sincronía con el codificador en el extremo de transmisión debido a que se envían las tramas nulas con los números de secuencia de RTP asociados con los paquetes corrompidos de IP.

La Fig. 3 ilustra la pila de protocolos de la realización ejemplar descrita anteriormente, que será denominada más adelante el Opción de Servicio de Paquetes de Datos en Tiempo Real (RTPDSO). La Fig. 3 muestra un dispositivo electrónico 310 unido a un dispositivo inalámbrico 300 de comunicaciones se une a continuación a una red 330 de IP por medio de un BS/PDSN 320. Los protocolos mostrados en la Fig. 3, tal como el IP' 312, el UDP' 314, y el RTP' 316, representan la función de eliminar y reinsertar las cabeceras de IP/UDP/RTP, es decir, la compresión de la cabecera. Dado que las direcciones IP de destino y de origen y los números de puerto no cambian, la única información dinámica durante una operación normal son los números de secuencia de RTP.

Se debe hacer notar que la implementación de la realización ejemplar depende de forma selectiva de la naturaleza del dispositivo inalámbrico de comunicaciones. Por ejemplo, si el dispositivo inalámbrico de comunicaciones sirve como destino objetivo del paquete de datos de IP, entonces el codificador vocal que codifica y decodifica los paquetes de IP está ubicado en el dispositivo inalámbrico de comunicaciones y el dispositivo inalámbrico de comunicaciones no necesita reconstruir localmente las cabeceras de IP/UDP/RTP. Sin embargo, el dispositivo inalámbrico de comunicaciones también puede servir de medio transparente para el transporte de paquetes de IP a otro dispositivo electrónico, tal como un ordenador portátil o una PDA. Por lo tanto, deben eliminarse las cabeceras de IP/UDP/RTP de los paquetes de IP recibidos por el dispositivo inalámbrico de comunicaciones procedentes del dispositivo electrónico antes de la transmisión por la red inalámbrica, y los paquetes de carga útil recibidos de la red inalámbrica deben estar reconstruidos con las nuevas cabeceras de IP/UDP/RTP antes de la transmisión del dispositivo electrónico.

En una realización alternativa, se implementan el RTPDSO y el PDSO conjuntamente, de forma que se transmite de forma más fiable la información de inicialización, de negociación, y de actualización de la compresión utilizando la capa de RLP. Sin embargo, no se transportan los datos de carga útil utilizando la capa de RLP.

La Fig. 4 es un diagrama de flujo de un procedimiento de inicialización y de registro para un dispositivo inalámbrico de comunicaciones que entra en el alcance de un PDSN que proporciona ambas opciones de servicio: PDSO y RTPDSO. En la etapa 400, el dispositivo inalámbrico de comunicaciones entra en el alcance de una estación base que está conectada a un PDSN. En la etapa 410, el dispositivo inalámbrico de comunicaciones solicita a la estación base un RTPDSO y el soporte de PDSO para transmisiones empaquetadas por el PDSN. En la etapa 420, la estación base establece dos enlaces de interfaz aérea con el PDSN para estas dos opciones de servicio. Se debe hacer notar que el número implementado de enlaces de interfaz aérea para esta realización depende de las condiciones del sistema. En la etapa 430, el dispositivo inalámbrico de comunicaciones origina una llamada con el PDSO para llevar a cabo el registro móvil de IP. Existen diversos protocolos de registro móvil de IP y de inicio de sesión (SIP) que pueden ser utilizados con las realizaciones descritas a continuación, pero no serán descritos en el presente documento. En la etapa 440, se pueden interrumpir los enlaces de interfaz aérea y el PDSO entra en estado quiescente.

Tras la transmisión de un paquete de IP bien en el enlace directo o en el inverso, tiene lugar en primer lugar un procedimiento de configuración para establecer protocolos e intercambiar parámetros de compresión. Los parámetros de compresión pueden incluir el número de secuencia de RTP, las direcciones IP, y los números de puerto de UDP, pero no están limitados a los mismos. En una realización, el procedimiento de configuración tiene lugar utilizando el PDSO para garantizar la fiabilidad del enlace de interfaz aérea.

En una realización en la que el dispositivo inalámbrico de comunicaciones es el destino objetivo del paquete de IP, el dispositivo inalámbrico de comunicaciones lleva a cabo toda la negociación del protocolo sobre el PDSO.

En una realización en la que el dispositivo inalámbrico de comunicaciones es el medio transparente para el transporte de paquetes de IP a un dispositivo electrónico conectado, entonces el dispositivo electrónico lleva a cabo la negociación del protocolo sobre el PDSO. Sin embargo, el dispositivo inalámbrico de comunicaciones elimina la información de la cabecera de los paquetes de IP destinados a ser transportados por el PDSN y reconstruye la información de cabecera para los paquetes de carga útil de datos destinados al dispositivo electrónico. La información en cuanto a la negociación (extracción y reconstrucción de la cabecera) de la compresión origina en el dispositivo inalámbrico de comunicaciones y es transportada sobre el PDSO.

La Fig. 5 es un diagrama de flujo de una transmisión de enlace directo de servicios de paquetes de datos en tiempo real. En la etapa 500, el PDSN reactiva el PDSO para comenzar la inicialización de la llamada de paquetes de datos en tiempo real en llamadas terminadas en teléfono móvil. Un elemento de procesamiento puede comprender un procesador, un microcontrolador, un circuito integrado de aplicación específica, u otras formas equivalentes de hardware o software, como se describe con más detalle a continuación. En la etapa 510, el PDSN activa el RTPDSO para transportar paquetes de voz, de servicio de vídeo, u otros paquetes multimedia al dispositivo inalámbrico de comunicaciones. De forma alternativa, el dispositivo inalámbrico de comunicaciones puede activar el RTPDSO para transportar paquetes de voz o de servicio de vídeo.

En la etapa 530, el PDSN recibe paquetes de IP de la red de IP. En la etapa 535, el PDSN alinea los paquetes con tramas de datos de codificador vocal mediante la compresión y transporta los paquetes de voz o de vídeo a la estación base. Se debe hacer notar que la falta de alineamiento de la carga útil con las tramas de interfaz aérea requerirá una sobrecarga adicional para delinear tramas de la carga útil. La falta de alineamiento de los paquetes con las tramas también puede introducir una latencia adicional debido a la espera de más datos para llenar tramas de interfaz aérea. Mientras recibe paquetes procedentes de la red de IP y transmite los paquetes de IP a la estación base, el PDSN mantiene un seguimiento de los números de secuencia de RTP. Para reducir la fluctuación de fase y justificar los retrasos de transmisión, el PDSN lleva a cabo un almacenamiento temporal con corrección de fluctuaciones. Si el elemento de procesamiento detecta tramas ausentes, entonces el elemento de procesamiento genera tramas nulas de baja velocidad. Una baja velocidad ejemplar es una velocidad de un octavo para la aplicación de voz de CDMA según fue descrita en la patente U.S. nº 5.504.773 mencionada anteriormente. Las tramas nulas son tramas codificadas especialmente que identifican al dispositivo inalámbrico de comunicaciones que se perdió la trama original de la red de IP. El uso de tramas nulas permite que el decodificador en el dispositivo inalámbrico de comunicaciones permanezca sincronizado con el codificador en la red de IP.

En una etapa alternativa de la realización, en la etapa 540, el PDSN retransmite los paquetes de la red de IP directamente a la estación base sin llevar a cabo la compresión. En la etapa 550, la estación base lleva a cabo la compresión al eliminar la información de cabecera del paquete de IP para formar un paquete de carga útil de datos que es enviado por la interfaz aérea al dispositivo inalámbrico de comunicaciones. En la presente realización alternativa, la estación base llevaría a cabo el almacenamiento temporal con corrección de fluctuaciones necesario y la transmisión de tramas nulas por la interfaz aérea cuando se perdiesen los paquetes de la red de IP.

En la etapa 560, el dispositivo inalámbrico de comunicaciones recibe tramas de datos por el aire y decodifica todas las tramas de datos. En la etapa 570, si el dispositivo inalámbrico de comunicaciones es el destino deseado de los paquetes de carga útil de datos, entonces el decodificador del dispositivo inalámbrico de comunicaciones procesa los paquetes de IP sin añadir información de cabecera a los paquetes de carga útil de datos. Para tramas nulas recibidas, el decodificador lleva a cabo técnicas de recuperación de errores tal como repetir la anterior trama no nula o interpolar datos de tramas adyacentes. Para tramas que son recibidas con error, tal como en el caso en el que se corrompen los bits de comprobación del código de redundancia cíclica debido al rendimiento de la interfaz aérea, el decodificador puede llevar a cabo las mismas técnicas de recuperación de errores utilizadas para las tramas nulas.

De forma alternativa, en la etapa 580, si el dispositivo inalámbrico de comunicaciones es el medio transparente a otro dispositivo electrónico, entonces el dispositivo inalámbrico de comunicaciones recibe paquetes de carga útil de datos por el aire desde la estación base y lleva a cabo una recuperación de errores en tramas nulas o tramas corrompidas. En la etapa 590, el dispositivo inalámbrico de comunicaciones encapsula la carga útil en nuevos paquetes con cabeceras necesarias de IP/UDP/RTP. Se aumenta el número de secuencia de RTP por cada trama recibida, se recalcula cualquier suma de comprobación necesaria de UDP e IP, y se incluye cualquier información estática de cabecera en la cabecera. En la etapa 595, se transmiten los nuevos paquetes de IP/UDP/RTP al dispositivo electrónico objetivo.

La Fig. 6 es un diagrama de flujo de una transmisión de enlace inverso de servicios de paquetes de datos en tiempo real. En la etapa 600, si el dispositivo inalámbrico de comunicaciones es el originador de los paquetes de datos en tiempo real, el codificador del dispositivo inalámbrico de comunicaciones genera paquetes de datos que son enviados inmediatamente por el RTPDSO utilizando el mismo entramado que una llamada conmutada por circuitos. De forma alternativa, en la etapa 610, si el dispositivo inalámbrico de comunicaciones es la conexión transparente entre un dispositivo electrónico y la red de IP, entonces el dispositivo inalámbrico de comunicaciones recibe los paquetes de IP que tienen información de cabecera procedentes del dispositivo electrónico. En la etapa 620, el dispositivo inalámbrico de comunicaciones comprime los paquetes de IP. Como se ha expuesto anteriormente en la realización ejemplar, la compresión toma la forma de eliminar toda la información de cabecera de los paquetes de IP. En la etapa 630, el dispositivo inalámbrico de comunicaciones empaqueta los paquetes comprimidos de IP en paquetes de carga útil de datos al entramar los paquetes de carga útil de datos de la misma forma que las tramas para servicios de voz conmutados por circuitos. Se transportan los paquetes de carga útil de datos alineados por el aire hasta una estación base.

En la etapa 640, la estación base recibe tramas de datos que transportan los paquetes de carga útil de datos alineados procedentes de la interfaz aérea. En la etapa 650, la estación base vuelve a empaquetar los paquetes de carga útil de datos en paquetes de PPP para ser entregados a un PDSN. Si la estación base recibe tramas nulas o tramas corrompidas del dispositivo inalámbrico de comunicaciones, el decodificador ubicado en la estación base lleva a cabo técnicas de recuperación de errores, tal como la sustitución de una trama nula con la última trama no nula o la reconstrucción de datos al interpolar tramas adyacentes de datos.

En la etapa 660, el PDSN recibe las tramas reempaquetadas de la estación base y "descomprime" la carga útil al volver a insertar las cabeceras necesarias de IP/UDP/RTP. Para cada trama, se aumentan los números de secuencia de RTP, se calculan las sumas de comprobación de UDP e IP, y se vuelve a insertar toda la información estática de cabecera en la cabecera reconstruida. En la etapa 670, se transmite el nuevo paquete de IP/UDP/RTP a la red de IP.

Como alternativa a la etapa 655, en la etapa 680, la estación base lleva a cabo la reinserción de las cabeceras necesarias de IP/UDP/RTP antes de entregar las tramas al PDSN. En la etapa 690, el PDSN retransmite los nuevos paquetes de IP/UDP/RTP a la red de IP.

Por lo tanto, se han descrito un procedimiento novedoso y mejorado y un aparato para transportar servicios de voz y de vídeo por una red de IP. Los expertos en la técnica comprenderán que se pueden implementar los diversos bloques lógicos ilustrativos, módulos, circuitos y etapas de algoritmos descritos en conexión con las realizaciones dadas a conocer en el presente documento como hardware electrónico, software informático, o combinaciones de ambos. Los diversos componentes, bloques, módulos, circuitos y etapas ilustrativos han sido descritos en general en términos de sus funcionalidades. Que se implemente la funcionalidad como hardware o como software depende de la aplicación particular y de los límites sobre el diseño impuestos sobre el sistema global. Los expertos reconocerán la intercambiabilidad del hardware y del software bajo estas circunstancias, y cómo implementar de la mejor forma la funcionalidad descrita para cada aplicación particular. Como ejemplos, los elementos de procesamiento y los diversos bloques lógicos ilustrativos, módulos, circuitos, y etapas de algoritmos descritos en conexión con las realizaciones dadas a conocer en el presente documento pueden ser implementados o llevados a cabo con un procesador de señales digitales (DSP), un circuito integrado de aplicación específica (ASIC), una matriz de puertas de campo programable (FPGA) u otro dispositivo lógico programable, puerta discreta o lógica de transistor, componentes discretos de hardware tal como, por ejemplo, registros y FIFO, un procesador que ejecuta un conjunto de instrucciones de lógica física, cualquier módulo convencional de software programable y un procesador, o cualquier combinaciones de los mismos. De forma ventajosa, el procesador puede ser un microprocesador, pero como alternativa, el procesador puede ser cualquier procesador, controlador, microcontrolador, o máquina de estado convencional. El módulo de software podría residir en la memoria RAM, en la memoria flash, en la memoria ROM, en la memoria EPROM, en la memoria EEPROM, en registros, en el disco duro, en un disco extraíble, en un CD-ROM, o en cualquier otra forma de medio de almacenamiento conocida en la técnica. Además, los expertos apreciarán que los datos, las instrucciones, los comandos, la información, las señales, los bits, los símbolos, y los chips a los que se puede hacer referencia en la anterior descripción son representados de forma ventajosa mediante tensiones, corrientes, ondas electromagnéticas, partículas o campos magnéticos, partículas o campos ópticos, o cualquier combinación de los mismos.

Por lo tanto, se han mostrado y descrito las realizaciones preferentes de la presente invención. Sin embargo, será evidente para una persona con un nivel normal de dominio de la técnica que se pueden llevar a cabo numerosas alteraciones a las realizaciones dadas a conocer en el presente documento sin alejarse del alcance de la invención según está definida en las reivindicaciones adjuntas. Por lo tanto, la presente invención no está limitada excepto según las siguientes reivindicaciones.

Claims

1. Un procedimiento para transportar datos en tiempo real por una red (24) conmutada por paquetes y por una red (22) conmutada por circuitos, que comprende las etapas de:

: recibir un paquete de protocolo de Internet (IP) procedente de la red (24) conmutada por paquetes en un punto designado en la red (22) conmutada por circuitos;

: generar un paquete de carga útil de datos;

: alinear el paquete de carga útil de datos con una trama conmutada por circuitos;

: transportar por el aire la trama conmutada por circuitos hasta un dispositivo inalámbrico (12a-d) de comunicaciones;

: extraer el paquete de carga útil de datos de la trama conmutada por circuitos en el dispositivo inalámbrico (12a-d) de comunicaciones; y

: generar un nuevo paquete de IP a partir del paquete de carga útil de datos.

2. El procedimiento de la Reivindicación 1, en el que la etapa de generar el paquete de carga útil de datos comprende las etapas de:

: si los datos en el paquete de protocolo de Internet están intactos, comprimir entonces el paquete de protocolo de Internet en el punto designado para formar un paquete de carga útil de datos; y

: si los datos en el paquete de protocolo de Internet están corrompidos, generar entonces una trama nula como un paquete de carga útil de datos.

3. El procedimiento de la Reivindicación 2, en el que la etapa de comprimir el paquete de IP comprende la etapa de eliminar la información de cabecera.

4. El procedimiento de la Reivindicación 2, en el que si la trama nula es el paquete de carga útil de datos, la etapa de extraer el paquete de carga útil de datos comprende entonces la etapa de interpolar un sustituto para la trama nula de al menos un paquete de carga útil de datos adyacente.

5. El procedimiento de la Reivindicación 2, en el que si la trama nula es el paquete de carga útil de datos, la etapa de extraer el paquete de carga útil de datos comprende entonces la etapa de utilizar una última trama no nula como el paquete de carga útil de datos.

6. El procedimiento de la Reivindicación 3, en el que la etapa de generar el nuevo paquete de IP a partir del paquete de carga útil de datos comprende la etapa de añadir nueva información de cabecera al paquete de carga útil de datos.

7. El procedimiento de la Reivindicación 6, en el que si se recibe la trama nula, la etapa de generar el nuevo paquete de IP a partir del paquete de carga útil de datos comprende las etapas de:

: aumentar un número de secuencia de protocolo de transporte por radio (RTP) si se recibe la trama nula; e

: incluir el número de secuencia incrementado de RTP en la nueva información de cabecera.

8. El procedimiento de la Reivindicación 2, en el que un nodo servidor de paquetes de datos (PDSN) (20) es el punto designado, y la etapa de generación del paquete de carga útil es llevada a cabo por el PDSN (20).

9. El procedimiento de la Reivindicación 2, en el que la etapa en la que se genera el paquete de carga útil de datos se lleva a cabo por medio de una estación base (14a-c).

10. Un procedimiento para transportar datos en tiempo real por una red (22) conmutada por circuitos y por una red (24) conmutada por paquetes, que comprende las etapas de:

: recibir un paquete de protocolo de Internet (IP) procedente de un dispositivo electrónico en un dispositivo inalámbrico (12a-d) de comunicaciones;

: generar un paquete de carga útil de datos a partir del paquete de IP en el dispositivo inalámbrico (12a-d) de comunicaciones;

: transportar la trama conmutada por circuitos por el aire hasta una estación base (14a-c);

: extraer el paquete de carga útil de datos de la trama conmutada por circuitos; y

: generar un nuevo paquete de IP del paquete de carga útil de datos.

11. El procedimiento de la Reivindicación 10, en el que la etapa de generación del nuevo paquete de IP a partir del paquete de carga útil de datos se lleva a cabo por medio de la estación base (14a-c).

12. El procedimiento de la Reivindicación 10, en el que la etapa de generación del nuevo paquete de IP a partir del paquete de carga útil de datos se lleva a cabo por un nodo servidor de paquetes de datos (PDSN) (20).

13. Un dispositivo inalámbrico (12a-d) de comunicaciones para transportar tráfico de voz y tráfico de datos empaquetados por una red (22) conmutada por circuitos y por una red (24) conmutada por paquetes, que comprende:

: un procesador; y

: un elemento de almacenamiento acoplado al procesador que comprende un conjunto de instrucciones ejecutables por el procesador, en el que el conjunto de instrucciones comprende instrucciones para:

: generar un paquete de carga útil de datos a partir de un paquete de protocolo de Internet (IP);

: alinear el paquete de carga útil de datos con una trama conmutada por circuitos; y

: transmitir por el aire la trama conmutada por circuitos hasta una estación base (14a-c).

14. Un aparato para transportar datos en tiempo real por una red (24) conmutada por paquetes y por una red (22) conmutada por circuitos, que comprende:

: medios para recibir un paquete de protocolo de Internet (IP) procedente de la red (24) conmutada por paquetes en un punto designado en la red (22) conmutada por circuitos;

: medios para generar un paquete de carga útil de datos;

: medios para alinear el paquete de carga útil de datos con una trama conmutada por circuitos;

: medios para transportar por el aire la trama conmutada por circuitos hasta un dispositivo inalámbrico (12a-d) de comunicaciones;

: medios para extraer el paquete de carga útil de datos procedentes de la trama conmutada por circuitos en el dispositivo inalámbrico (12a-d) de datos; y

15. Un aparato para transportar datos en tiempo real por una red (22) conmutada por circuitos y por una red (24) conmutada por paquetes, que comprende:

: medios para recibir un paquete de protocolo de Internet (IP) procedente de un dispositivo electrónico en un dispositivo inalámbrico (12a-d) de comunicaciones;

: medios para generar un paquete de carga útil de datos a partir del paquete de IP en el dispositivo inalámbrico (12a-d) de comunicaciones;

: medios para transportar la trama conmutada por circuitos por el aire hasta una estación base (14 a-c);

: medios para extraer el paquete de carga útil de datos de la trama conmutada por circuitos; y

: medios para generar un nuevo paquete de IP a partir del paquete de carga útil de datos.